Aplikasi silikon karbida, boron karbida dan keramik canggih lainnya di bidang antipeluru
Aplikasi silikon karbida, boron karbida dan keramik canggih lainnya di bidang antipeluru
Keramik biasa rapuh.Tergantung pada ilmu pengetahuan dan teknologi modern, mereka menjadi keramik canggih yang memiliki kekerasan yang baik dan kekuatan yang tinggi.Keramik canggih harus menjadi bahan baru di bidang antipeluru dengan persyaratan kinerja fisik khusus.Dengan demikian, keramik menjadi bahan antipeluru yang sangat populer.
01 Prinsip antipeluru dari bahan keramik
Antipeluru digunakan untuk mengkonsumsi energi proyektil dan memperlambat kecepatan proyektil untuk meminimalkan kerugian pada pengguna antipeluru.Sebagian besar bahan teknik tradisional, seperti logam dan sebagainya, menyerap energi melalui deformasi plastis struktur, sedangkan bahan keramik menyerap energi melalui proses penghancuran mikro.
Ada tiga tahapan dalam proses penyerapan energi keramik bulletprrof secara kasar:
1) Tahap dampak awal
Saat proyektil mengenai permukaan keramik antipeluru, hulu ledak akan menjadi tumpul.Selama proses penghancuran permukaan keramik, energi akan terserap.Ini akan menyebabkan area fragmen kecil dan keras.
2) Tahap erosi
Proyektil tumpul terus mengikis area fragmen, membentuk lapisan fragmen keramik yang kontinu.
3) Tahap deformasi, retak dan patah
Akhirnya, tegangan tarik dihasilkan pada keramik untuk mematahkan keramik.Kemudian, pelat belakang akan berubah bentuk.Energi yang tersisa akan diserap oleh deformasi material pelat belakang.Dalam proses proyektil menabrak keramik, baik proyektil maupun keramik mengalami kerusakan.
02 Persyaratan keramik antipeluru pada sifat material
Karena kerapuhan keramik, ia akan patah daripada deformasi plastis saat terkena proyektil.Di bawah beban tarik, fraktur pertama kali terjadi di tempat yang heterogen seperti pori dan batas butir.Oleh karena itu, untuk meminimalkan konsentrasi tegangan mikro, keramik antipeluru harus merupakan keramik berkualitas tinggi dengan porositas rendah (hingga 99% dari kerapatan teoretis) dan struktur butiran halus.
Performa Material dan Pengaruhnya Terhadap Performa Anti Peluru
Pertunjukan | Berdampak pada kinerja antipeluru |
Kepadatan | Massa sistem armor |
Kekerasan | Tingkat kehancuran proyektil |
Modulus elastis | Transmisi gelombang tegangan |
Kekuatan | Performa anti serangan berganda |
Modus fraktur | Performa anti serangan berganda |
Ketangguhan retak (intercrystalline atau transgranular) | Kemampuan untuk menyerap energi |
Mikrostruktur | Ukuran butir, fase kedua, transformasi fase atau amorfisasi, porositas, dll. Mempengaruhi semua properti. |
03 Bahan keramik antipeluru yang paling umum digunakan
Sejak abad ke-21, keramik antipeluru berkembang pesat.Berbagai jenis keramik antipeluru antara lain aluminium oksida, silikon karbida, boron karbida, silikon nitrida, titanium borida, dll. Diantaranya, keramik aluminium oksida (Al2O3), keramik silikon karbida (SiC), dan keramik boron karbida (B4C) adalah paling banyak populer di dunia.
Kepadatan keramik alumina adalah yang tertinggi.Namun, kekerasannya relatif rendah.Dengan ambang pemrosesan tingkat rendah, harga keramik alumina juga rendah.Menurut kemurnian alumina, keramik alumina dibagi menjadi 85/90/95/99.Kekerasan dan harga yang sesuai juga meningkat pada gilirannya.
Bahan | Kepadatan Kg/m3 | Modulus elastis GN/m2 | HV | Harga relatif terhadap alumina |
Boron karbida | 2500 | 400 | 30000 | x 10 |
Alumina | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
Titanium diborida | 4500 | 570 | 33000 | x 10 |
Silikon karbida | 3200 | 370 | 27000 | x 5 |
berilium oksida | 2800 | 415 | 12000 | x 10 |
B4C/SiC | 2600 | 340 | 27500 | x 7 |
Gelas dan Keramik | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
Silikon nitrida | 3200 | 310 | 17000 | x 5 |
Perbandingan sifat bahan
Keramik silikon karbida adalah keramik struktural dengan kerapatan relatif rendah dan kekerasan tinggi, yang hemat biaya.Oleh karena itu, mereka juga merupakan keramik antipeluru yang paling banyak digunakan di China.
Keramik boron karbida memiliki kerapatan terendah dan kekerasan tertinggi di antara keramik jenis ini.Sementara itu, mereka juga memiliki persyaratan tinggi untuk teknologi pemrosesan, yang membutuhkan sintering suhu tinggi dan tekanan tinggi.Oleh karena itu, harga keramik boron karbida harus paling tinggi di antara tiga jenis keramik.
gambar
Dibandingkan dengan tiga bahan keramik antipeluru yang umum ini, keramik antipeluru alumina memiliki biaya terendah.Namun, kinerja antipelurunya jauh lebih rendah daripada silikon karbida dan boron karbida.Oleh karena itu, keramik antipeluru silikon karbida dan boron karbida saat ini banyak diproduksi oleh produsen keramik antipeluru dalam negeri, sedangkan keramik alumina jarang diproduksi di pasar dalam negeri.Namun, alumina kristal tunggal dapat digunakan untuk menyiapkan keramik transparan, yang banyak digunakan sebagai bahan transparan fungsional optik. Alumina kristal tunggal juga diterapkan pada peralatan militer seperti masker anti peluru individu, jendela deteksi rudal, jendela observasi kendaraan, periskop kapal selam, dll. .
04 Dua bahan keramik antipeluru paling populer: Keramik antipeluru silikon karbida
Tergantung pada ikatan kovalen yang sangat kuat, silikon karbida masih memiliki ikatan kekuatan tinggi pada suhu tinggi.Fitur struktural ini memberikan sifat yang baik pada keramik silikon karbida, yang meliputi kekuatan yang sangat baik, kekerasan tinggi, ketahanan aus, ketahanan korosi, konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan kejut termal yang baik dan lain-lain.Sementara itu, keramik silikon karbida adalah salah satu bahan pelindung lapis baja berperforma tinggi yang paling menjanjikan, yang memiliki harga sedang dan kinerja biaya tinggi.
Keramik silikon karbida telah dianggap sebagai bahan pelindung pelindung.Mereka memiliki ruang pengembangan yang luas di bidang perlindungan lapis baja.Aplikasi mereka di bidang peralatan individu dan kendaraan khusus cenderung beragam.Mempertimbangkan biaya, aplikasi khusus dan faktor lainnya, panel keramik kecil dan pelat belakang komposit biasanya diikat untuk membentuk target komposit keramik untuk mengatasi kegagalan keramik akibat tegangan tarik.Mereka memastikan bahwa hanya satu bagian yang hancur tanpa merusak seluruh pelindung saat proyektil menembus.
Keramik antipeluru boron karbida
Saat ini, boron karbida merupakan bahan super keras yang kekerasannya hanya kalah dengan intan dan boron nitrida kubik.Kekerasannya mencapai 3000 kg/mm².Ini memiliki kerapatan tingkat rendah 2,52g/cm³ yang merupakan 1/3 dari baja.Ini memiliki modulus elastisitas tinggi (450 GPa) dan titik leleh tinggi (sekitar 2447 ℃), serta konduktivitas termal yang tinggi.Namun, koefisien muai panasnya rendah.Selain itu, boron karbida memiliki stabilitas kimia yang baik, tahan asam, tahan alkali, dan tahan korosi.Pada suhu kamar, boron karbida tidak bereaksi dengan asam, basa, dan sebagian besar cairan senyawa anorganik.Boron karbida memiliki korosi yang lambat hanya dalam campuran asam sulfat asam hidrofluorat dan asam nitrat asam hidrofluorat.Pada saat yang sama, boron karbida tidak basah dan berinteraksi dengan sebagian besar logam cair.Boron karbida juga memiliki kemampuan menyerap neutron yang baik, yang tidak dimiliki oleh bahan keramik lainnya.Kepadatan B4C adalah yang terendah di antara beberapa keramik pelindung yang biasa digunakan.Selain itu, modulus elastisitasnya yang tinggi menjadikannya pilihan yang baik untuk baju besi militer dan bahan luar angkasa.Masalah utama dengan B4C adalah harganya yang mahal (sekitar 10 kali lipat dari alumina).Kerapuhan produk membatasi aplikasinya yang luas sebagai lapis baja pelindung fase tunggal.
05 Cara pembuatan keramik antipeluru
Berdasarkan karakteristik proses preparasi material keramik, SiSiC, SSiC dan sintering fasa cair relatif matang dalam pengembangan proses saat ini.Ketiga metode sintering tersebut memiliki biaya produksi yang rendah, proses persiapan yang sederhana dan kemungkinan produksi massal yang tinggi.Karena keterbatasan ukuran produk, sintering pengepresan panas dan sintering pengepresan isostatik panas memiliki biaya produksi yang tinggi dan kematangan yang rendah.Sintering tekanan ultra tinggi, sintering gelombang mikro, sintering plasma percikan, dan peleburan sinar plasma adalah metode persiapan yang relatif baru dengan kematangan terendah.Karena persyaratan teknologi dan peralatan yang tinggi, biaya produksinya tinggi, yang menyebabkan rendahnya kelayakan produksi massal.Mereka sering digunakan dalam tahap eksplorasi eksperimental dan memiliki sedikit signifikansi untuk aplikasi praktis.Oleh karena itu, sulit bagi mereka untuk mewujudkan industrialisasi.
06 Peningkatan keramik antipeluru
Silikon karbida dan boron karbida memiliki potensi antipeluru yang besar.Namun, ketangguhan patah yang buruk dan kerapuhan keramik fase tunggal tidak dapat diabaikan.Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern, fungsionalitas dan ekonomi keramik anti peluru disorot, yang disajikan sebagai multifungsi, kinerja tinggi, ringan, biaya rendah, dan keamanan.Baru-baru ini, para ahli dan cendekiawan berharap untuk memperkuat, memperkuat, meringankan, dan menghemat keramik melalui penyesuaian mikro, termasuk komposit dari beberapa sistem keramik, keramik gradien fungsional, desain struktur berlapis, dll. Namun, pelindung ini lebih ringan dari pelindung saat ini, yang meningkatkan mobilitas dari pasukan tempur.
Keramik gradien fungsional ditandai dengan perubahan reguler pada sifat bahan komponen melalui desain mikro.Misalnya, titanium borida dan logam titanium serta aluminium oksida, silikon karbida, boron karbida, silikon nitrida dan logam aluminium dan sistem komposit logam/keramik lainnya memiliki perubahan gradien dalam kinerja sepanjang ketebalan, yaitu untuk menyiapkan keramik antipeluru yang transisi dari kekerasan tinggi ke ketangguhan tinggi.
Keramik nanokomposit terdiri dari partikel terdispersi submikron atau nanometer yang ditambahkan ke keramik matriks.Misalnya, SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, dll. Dapat meningkatkan kekerasan, ketangguhan, dan kekuatan keramik.Dilaporkan bahwa negara-negara barat sedang mempelajari bagaimana menyiapkan keramik dengan ukuran butiran puluhan nanometer dengan menyinter bubuk berskala nano, untuk memperkuat dan memperkuat material.Keramik balistik diharapkan mencapai terobosan besar dalam hal ini.
07 Ringkasan
Apakah itu keramik fase tunggal atau keramik multifase, bahan keramik antipeluru terbaik masih tidak dapat dipisahkan dari silikon karbida dan boron karbida.Dengan perkembangan teknologi sintering, keunggulan keramik boron karbida semakin menonjol.
Waktu posting: 03-Des-2022