الإخبارية

تطبيقات كربيد السيليكون وكربيد البورون وغيرها من السيراميك المتقدم في المجالات المضادة للرصاص

تطبيقات كربيد السيليكون وكربيد البورون وغيرها من السيراميك المتقدم في المجالات المضادة للرصاص
السيراميك العادي هش.اعتمادًا على العلم والتكنولوجيا الحديثين ، فقد أصبحوا السيراميك المتقدم الذي يتمتع بصلابة جيدة وقوة عالية.يجب أن يكون السيراميك المتقدم هو المادة الجديدة في مجال مضاد للرصاص مع متطلبات أداء فيزيائية خاصة.وهكذا ، أصبح السيراميك مادة شائعة للغاية مضادة للرصاص.
01 مبدأ مقاومة الرصاص لمواد السيراميك
يستخدم الرصاص لاستهلاك طاقة المقذوف وإبطاء سرعة المقذوف من أجل تقليل الأضرار على مستخدمي الرصاص.تمتص معظم المواد الهندسية التقليدية ، مثل المعادن وما إلى ذلك ، الطاقة من خلال تشوه الهيكل البلاستيكي ، بينما تمتص المواد الخزفية الطاقة عن طريق عملية التكسير الدقيقة.

1

هناك ثلاث مراحل في عملية امتصاص الطاقة لسيراميك الرصاص تقريبًا:
1) مرحلة التأثير الأولي
عندما تصطدم المقذوفة بسطح السيراميك المقاوم للرصاص ، سيصبح الرأس الحربي غير حاد.أثناء عملية تكسير سطح السيراميك ، سوف يتم امتصاص الطاقة.سيسبب منطقة شظايا صغيرة وصعبة.
2) مرحلة الانجراف
تستمر المقذوفة غير الحادة في تآكل منطقة الشظايا ، وتشكيل طبقة شظية من السيراميك المستمر.
3) مراحل التشوه والتصدع والكسر
أخيرًا ، يتم إنشاء إجهاد الشد في السيراميك لكسر السيراميك.بعد ذلك ، سوف تتشوه اللوحة الخلفية.سيتم امتصاص الطاقة المتبقية عن طريق تشوه مادة اللوحة الخلفية.في عملية اصطدام السيراميك بالقذيفة ، يتضرر كل من المقذوف والسيراميك.
02 متطلبات السيراميك المضاد للرصاص على خواص المواد
بسبب هشاشة السيراميك ، سوف ينكسر بدلاً من تشوه البلاستيك أثناء تأثره بالقذيفة.تحت حمل الشد ، يحدث الكسر أولاً في أماكن غير متجانسة مثل المسام وحدود الحبوب.لذلك ، من أجل تقليل تركيز الإجهاد الدقيق ، يجب أن يكون السيراميك المضاد للرصاص من السيراميك عالي الجودة مع مسامية منخفضة (تصل إلى 99 ٪ من الكثافة النظرية) وبنية حبيبات دقيقة.

أداء المواد وتأثيره على الأداء المقاوم للرصاص

أداء

التأثير على الأداء المضاد للرصاص

كثافة

كتلة نظام الدروع

صلابة

مدى تدمير المقذوفات

معامل المرونة

انتقال موجة الإجهاد

قوة

أداء مكافحة الضربات المتعددة

وضع الكسر

أداء مكافحة الضربات المتعددة

صلابة الكسر (بين البلورات أو عبر الحبيبية)

القدرة على امتصاص الطاقة

المجهرية

يؤثر حجم الحبوب ، المرحلة الثانية ، تحويل الطور أو عدم الشكل ، المسامية ، إلخ ، على جميع الخصائص.

 

03 أكثر المواد الخزفية المقاومة للرصاص شيوعًا
منذ القرن الحادي والعشرين ، تم تطوير السيراميك المضاد للرصاص بسرعة.تشمل الأنواع المختلفة للسيراميك المضاد للرصاص أكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون وكربيد البورون ونتريد السيليكون وبوريد التيتانيوم وما إلى ذلك ، ومن بينها سيراميك أكسيد الألومنيوم (Al2O3) وسيراميك كربيد السيليكون (SiC) وسيراميك كربيد البورون (B4C). الأكثر شعبية في العالم.
كثافة سيراميك الألومينا هي الأعلى.ومع ذلك ، فإن صلابته منخفضة نسبيًا.مع عتبة المعالجة منخفضة المستوى ، يكون سعر سيراميك الألومينا منخفضًا أيضًا.وفقًا لنقاء الألومينا ، يتم تقسيم سيراميك الألومينا إلى 85/90/95/99.يتم أيضًا زيادة الصلابة والسعر المقابل بدوره.

مادة

الكثافة كجم / م 3

معامل المرونة GN / m2

HV

السعر بالنسبة للألومينا

كربيد البورون

2500

400

30000

× 10

الألومينا

3800

340

15000

1

ثنائي بوريد التيتانيوم

4500

570

33000

× 10

كربيد السيليكون

3200

370

27000

× 5

أكسيد البريليوم

2800

415

12000

× 10

B4C / SiC

2600

340

27500

× 7

الأواني الزجاجية والسيراميك

2500

100

6000

1

نيتريد السيليكون

3200

310

17000

× 5

مقارنة خصائص المواد
سيراميك كربيد السيليكون عبارة عن سيراميك إنشائي بكثافة منخفضة نسبيًا وصلابة عالية ، وهي فعالة من حيث التكلفة.لذلك ، فهي أيضًا أكثر أنواع السيراميك المضاد للرصاص استخدامًا في الصين.
تتميز سيراميك كربيد البورون بأقل كثافة وأعلى صلابة بين هذه الأنواع من السيراميك.وفي الوقت نفسه ، لديهم أيضًا متطلبات عالية لتكنولوجيا المعالجة ، والتي تتطلب تلبيدًا بدرجة حرارة عالية وعالية الضغط.لذلك ، يجب أن تكون تكلفة سيراميك كربيد البورون أعلى بين ثلاثة أنواع من السيراميك.
صورة
بالمقارنة مع هذه المواد الخزفية المقاومة للرصاص الثلاثة الشائعة ، فإن سيراميك الألومينا المضاد للرصاص هو أقل تكلفة.ومع ذلك ، فإن أدائها المضاد للرصاص أقل بكثير من أداء كربيد السيليكون وكربيد البورون.لذلك ، في الوقت الحاضر ، يتم إنتاج سيراميك كربيد السيليكون وكربيد البورون المضاد للرصاص في الغالب في الشركات المصنعة المحلية للسيراميك المضاد للرصاص ، في حين أن سيراميك الألومينا نادر الإنتاج في السوق المحلية.ومع ذلك ، يمكن استخدام الألومينا الكريستالية الأحادية في تحضير السيراميك الشفاف ، والذي يستخدم على نطاق واسع كمواد شفافة وظيفية بصرية ، كما يتم تطبيق الألومينا البلورية المفردة أيضًا على المعدات العسكرية مثل الأقنعة الفردية المضادة للرصاص ، ونوافذ الكشف عن الصواريخ ، ونوافذ مراقبة المركبات ، والمناظير البحرية ، إلخ. .
04 أكثر المواد الخزفية المقاومة للرصاص شيوعًا: السيراميك المقاوم للرصاص من كربيد السيليكون
اعتمادًا على الرابطة التساهمية القوية للغاية ، لا يزال كربيد السيليكون لديه قوة رابطة عالية في درجات الحرارة العالية.تمنح هذه الميزة الهيكلية سيراميك كربيد السيليكون خصائص جيدة ، والتي تشمل القوة الممتازة ، والصلابة العالية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والتوصيل الحراري العالي ، ومقاومة الصدمات الحرارية الجيدة وغيرها.وفي الوقت نفسه ، يعتبر سيراميك كربيد السيليكون أحد أكثر مواد حماية الدروع الواعدة عالية الأداء ، والتي تتميز بسعر معتدل وأداء عالي التكلفة.
يعتبر سيراميك كربيد السيليكون كمادة درع واقية.لديهم مساحة تطوير واسعة في مجال حماية الدروع.تميل تطبيقاتها في مجالات المعدات الفردية والمركبات الخاصة إلى التنوع.بالنظر إلى التكلفة والتطبيق الخاص وعوامل أخرى ، عادةً ما يتم ربط الألواح الخزفية الصغيرة واللوحات الخلفية المركبة لتشكيل أهداف مركبة من السيراميك للتغلب على فشل السيراميك بسبب إجهاد الشد.إنها تضمن أن يتم سحق قطعة واحدة فقط دون إتلاف الدروع بالكامل عندما تخترق القذيفة.
سيراميك كربيد البورون المضاد للرصاص
في الوقت الحاضر ، يعتبر كربيد البورون مادة فائقة الصلابة تقل صلابتها عن الألماس ونتريد البورون المكعب.صلابته تصل إلى 3000 كجم / مم².تتميز بكثافة منخفضة تبلغ 2.52 جم / سم مكعب وهي 1/3 من الفولاذ.لديها معامل مرونة عالية (450 جيجا باسكال) ونقطة انصهار عالية (حوالي 2447 ℃) ، فضلا عن الموصلية الحرارية العالية.ومع ذلك ، فإن معامل التمدد الحراري لها منخفض.بالإضافة إلى ذلك ، يتمتع كربيد البورون باستقرار كيميائي جيد ، ومقاومة للأحماض ، ومقاومة القلويات ومقاومة التآكل.في درجة حرارة الغرفة ، لا يتفاعل كربيد البورون مع الأحماض والقواعد ومعظم السوائل المركبة غير العضوية.يحتوي كربيد البورون على تآكل بطيء فقط في خليط حمض الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروفلوريك حامض النيتريك.في الوقت نفسه ، لا يبلل كربيد البورون ويتفاعل مع معظم المعادن المنصهرة.يتمتع كربيد البورون أيضًا بقدرة جيدة على امتصاص النيوترونات ، والتي لا تمتلكها مواد السيراميك الأخرى.كثافة B4C هي الأقل بين العديد من الخزفيات المستخدمة بشكل شائع.بالإضافة إلى ذلك ، فإن معامل المرونة العالي يجعلها خيارًا جيدًا للدروع العسكرية والمواد الفضائية.المشكلة الرئيسية في B4C هي أنها باهظة الثمن (حوالي 10 أضعاف الألومينا).يحد هشاشة المنتج من تطبيقه الواسع كدروع واقية أحادية الطور.

2

05 طريقة تحضير السيراميك المضاد للرصاص
بناءً على خصائص عملية تحضير مادة السيراميك ، فإن SiSiC و SSiC وتلبيد الطور السائل تكون ناضجة نسبيًا في تطوير العملية الحالية.تتميز طرق التلبيد الثلاثة بتكلفة إنتاج منخفضة وعملية تحضير بسيطة وإمكانية عالية للإنتاج بالجملة.نظرًا لمحدودية حجم المنتج ، فإن التلبيد بالضغط الساخن والتلبيد بالضغط المتساوي الساكن الساخن لهما تكلفة إنتاج عالية ونضج منخفض.التلبيد بالضغط العالي للغاية ، التلبيد بالميكروويف ، تلبيد شرارة البلازما وذوبان شعاع البلازما هي طرق تحضير جديدة نسبيًا بأقل نضج.بسبب المتطلبات العالية للتكنولوجيا والمعدات ، فإن تكاليف إنتاجها مرتفعة ، مما يؤدي إلى انخفاض جدوى الإنتاج الضخم.غالبًا ما تستخدم في مرحلة الاستكشاف التجريبي ولها أهمية قليلة للتطبيق العملي.لذلك ، يصعب عليهم تحقيق التصنيع.
06 ترقية السيراميك المضاد للرصاص
كربيد السيليكون وكربيد البورون لهما إمكانات كبيرة لمقاومة الرصاص.ومع ذلك ، لا يمكن تجاهل صلابة الكسر الضعيفة وهشاشة السيراميك أحادي الطور.مع تطور العلوم والتكنولوجيا الحديثة ، يتم تسليط الضوء على وظائف واقتصاد السيراميك المضاد للرصاص ، والذي يتم تقديمه على أنه متعدد الوظائف وعالي الأداء وخفيف الوزن وتكلفة منخفضة وأمان.في الآونة الأخيرة ، يأمل الخبراء والعلماء في تقوية وتقوية وتفتيح واقتصاد السيراميك من خلال الضبط الدقيق ، بما في ذلك مركب من أنظمة السيراميك المتعددة ، والسيراميك المتدرج الوظيفي ، وتصميم الهيكل متعدد الطبقات ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، فإن هذا الدرع أخف من الدروع الحالية ، مما يحسن التنقل من القوات القتالية.
يتميز السيراميك المتدرج الوظيفي بالتغيرات المنتظمة في خصائص المواد المكونة من خلال التصميم الدقيق.على سبيل المثال ، يحتوي كل من بوريد التيتانيوم والتيتانيوم المعدني وكذلك أكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون وكربيد البورون ونتريد السيليكون والألومنيوم المعدني وأنظمة أخرى من المعدن / السيراميك على تغيير متدرج في الأداء على طول السماكة ، أي لإعداد السيراميك المضاد للرصاص الذي الانتقال من الصلابة العالية إلى الصلابة العالية.
يتكون السيراميك النانوي المركب من جزيئات مشتتة دون ميكرون أو نانومتر مضافة إلى سيراميك المصفوفة.على سبيل المثال ، يمكن لـ SiC-Si3N4-Al2O3 و B4C-SiC وما إلى ذلك تحسين صلابة وصلابة وقوة السيراميك.يذكر أن الدول الغربية تدرس كيفية تحضير السيراميك بحجم حبة عشرات النانومتر عن طريق تلبيد مساحيق نانوية لتقوية وتقوية المواد.ومن المتوقع أن يحقق السيراميك الباليستي تقدمًا كبيرًا في هذا الصدد.
07 ملخص
سواء كان سيراميك أحادي الطور أو سيراميك متعدد الأطوار ، فإن أفضل المواد الخزفية المضادة للرصاص لا تزال غير منفصلة عن كربيد السيليكون وكربيد البورون.مع تطور تكنولوجيا التلبيد ، أصبحت مزايا سيراميك كربيد البورون بارزة أكثر فأكثر.


الوقت ما بعد: ديسمبر 03-2022