berita

Aplikasi silikon karbida, boron karbida dan seramik termaju lain dalam medan kalis peluru

Aplikasi silikon karbida, boron karbida dan seramik termaju lain dalam medan kalis peluru
Seramik biasa rapuh.Bergantung kepada sains dan teknologi moden, mereka menjadi seramik termaju yang mempunyai kekerasan yang baik dan kekuatan tinggi.Seramik termaju haruslah bahan baharu dalam medan kalis peluru dengan keperluan prestasi fizikal khas.Oleh itu, seramik telah menjadi bahan kalis peluru yang sangat popular.
01 Prinsip kalis peluru bahan seramik
Kalis peluru digunakan untuk menggunakan tenaga peluru dan memperlahankan kelajuan peluru untuk meminimumkan bahaya pada pengguna kalis peluru.Kebanyakan bahan kejuruteraan tradisional, seperti logam dan sebagainya, menyerap tenaga melalui ubah bentuk plastik struktur, manakala bahan seramik menyerap tenaga melalui proses penghancuran mikro.

1

Terdapat tiga peringkat dalam proses penyerapan tenaga seramik bulletprrof secara kasar:
1) Peringkat impak awal
Apabila peluru mengenai permukaan seramik kalis peluru, kepala peledak akan menjadi tumpul.Semasa proses penghancuran permukaan seramik, tenaga akan diserap.Ia akan menyebabkan kawasan serpihan yang kecil dan keras.
2) Peringkat hakisan
Peluru tumpul terus menghakis kawasan serpihan, membentuk lapisan serpihan seramik yang berterusan.
3) Peringkat ubah bentuk, retak dan patah
Akhirnya, tegasan tegangan dijana dalam seramik untuk memecahkan seramik.Kemudian, plat belakang akan cacat.Tenaga yang tinggal akan diserap oleh ubah bentuk bahan plat belakang.Dalam proses seramik impak peluru, kedua-dua peluru dan seramik rosak.
02 Keperluan seramik kalis peluru pada sifat bahan
Disebabkan oleh kerapuhan seramik, ia akan patah dan bukannya ubah bentuk plastik semasa terkena peluru.Di bawah beban tegangan, patah pertama berlaku di tempat yang heterogen seperti liang dan sempadan butiran.Oleh itu, untuk meminimumkan kepekatan tegasan mikro, seramik kalis peluru hendaklah seramik berkualiti tinggi dengan keliangan rendah (sehingga 99% daripada ketumpatan teori) dan struktur butiran halus.

Prestasi Bahan dan Pengaruhnya terhadap Prestasi kalis peluru

Prestasi

Kesan pada prestasi kalis peluru

Ketumpatan

Sistem perisai jisim

Kekerasan

Tahap kemusnahan projektil

Modulus elastik

Penghantaran gelombang tekanan

Kekuatan

Prestasi anti pelbagai mogok

Mod patah

Prestasi anti pelbagai mogok

Keliatan patah (antara kristal atau transgranular)

Keupayaan untuk menyerap tenaga

Struktur mikro

Saiz butiran, fasa kedua, transformasi fasa atau amorfisasi, keliangan, dsb. mempengaruhi semua sifat.

 

03 Bahan seramik kalis peluru yang paling biasa digunakan
Sejak abad ke-21, seramik kalis peluru telah dibangunkan dengan pesat.Pelbagai jenis seramik kalis peluru termasuk aluminium oksida, silikon karbida, boron karbida, silikon nitrida, titanium borida, dan lain-lain. Antaranya, seramik aluminium oksida (Al2O3), seramik silikon karbida (SiC), dan seramik boron karbida (B4C) ialah paling popular di dunia.
Ketumpatan seramik alumina adalah yang paling tinggi.Walau bagaimanapun, kekerasannya agak rendah.Dengan ambang pemprosesan tahap rendah, harga seramik alumina juga rendah.Mengikut ketulenan alumina, seramik alumina dibahagikan kepada 85/90/95/99.Kekerasan dan harga yang sepadan juga dinaikkan secara bergilir.

bahan

Ketumpatan Kg/m3

Modulus elastik GN/m2

HV

Harga relatif kepada 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

Barangan kaca dan Seramik

2500

100

6000

1

Silikon nitrida

3200

310

17000

x 5

Perbandingan sifat bahan
Seramik silikon karbida adalah seramik berstruktur dengan ketumpatan yang agak rendah dan kekerasan yang tinggi, yang menjimatkan kos.Oleh itu, ia juga merupakan seramik kalis peluru yang paling banyak digunakan di China.
Seramik boron karbida mempunyai ketumpatan terendah dan kekerasan tertinggi di antara jenis seramik ini.Sementara itu, mereka juga mempunyai keperluan yang tinggi untuk teknologi pemprosesan, yang memerlukan pensinteran suhu tinggi dan tekanan tinggi.Oleh itu, kos seramik Boron karbida hendaklah paling tinggi di antara tiga jenis seramik.
gambar
Berbanding dengan tiga bahan seramik kalis peluru biasa ini, seramik kalis peluru alumina mempunyai kos yang paling rendah.Walau bagaimanapun, prestasi kalis pelurunya jauh lebih rendah daripada silikon karbida dan boron karbida.Oleh itu, pada masa ini, seramik kalis peluru silikon dan boron karbida kebanyakannya dihasilkan dalam pengeluar seramik kalis peluru domestik, manakala seramik alumina jarang dihasilkan di pasaran domestik.Walau bagaimanapun, alumina kristal tunggal boleh digunakan untuk menyediakan seramik telus, yang digunakan secara meluas sebagai bahan telus berfungsi optik. Alumina kristal tunggal juga digunakan untuk peralatan ketenteraan seperti topeng kalis peluru individu, tingkap pengesanan peluru berpandu, tingkap pemerhatian kenderaan, periskop kapal selam, dll. .
04 Dua bahan seramik kalis peluru paling popular: Seramik kalis peluru silikon karbida
Bergantung pada ikatan kovalen yang sangat kuat, silikon karbida masih mempunyai ikatan kekuatan tinggi pada suhu tinggi.Ciri struktur ini memberikan sifat baik seramik silikon karbida, yang termasuk kekuatan yang sangat baik, kekerasan yang tinggi, rintangan haus, rintangan kakisan, kekonduksian haba yang tinggi, rintangan kejutan haba yang baik dan lain-lain.Sementara itu, seramik silikon karbida adalah salah satu bahan perlindungan perisai berprestasi tinggi yang paling menjanjikan, yang mempunyai harga sederhana dan prestasi kos tinggi.
Seramik silikon karbida telah dianggap sebagai bahan perisai pelindung.Mereka mempunyai ruang pembangunan yang luas dalam bidang perlindungan perisai.Aplikasi mereka dalam bidang peralatan individu dan kenderaan khas cenderung untuk dipelbagaikan.Memandangkan kos, aplikasi khas dan faktor lain, panel seramik kecil dan plat belakang komposit biasanya diikat untuk membentuk sasaran komposit seramik untuk mengatasi kegagalan seramik akibat tegasan tegangan.Mereka memastikan bahawa hanya kepingan tunggal yang dihancurkan tanpa merosakkan keseluruhan perisai apabila peluru menembusi.
Seramik kalis peluru boron karbida
Pada masa ini, boron karbida adalah bahan super keras yang kekerasannya hanya lebih rendah daripada berlian dan boron nitrida padu.Kekerasannya adalah sehingga 3000 kg/mm².Ia mempunyai ketumpatan tahap rendah 2.52g/cm³ iaitu 1/3 keluli.Ia mempunyai modulus anjal yang tinggi (450 GPa) dan takat lebur yang tinggi (kira-kira 2447 ℃), serta kekonduksian terma yang tinggi.Walau bagaimanapun, pekali pengembangan habanya adalah rendah.Di samping itu, boron karbida mempunyai kestabilan kimia yang baik, rintangan asid, rintangan alkali dan rintangan kakisan.Pada suhu bilik, boron karbida tidak bertindak balas dengan asid, bes dan kebanyakan cecair sebatian tak organik.Boron karbida mempunyai kakisan perlahan hanya dalam campuran asid hidrofluorik asid sulfurik dan asid hidrofluorik asid nitrik.Pada masa yang sama, boron karbida tidak basah dan berinteraksi dengan kebanyakan logam cair.Boron karbida juga mempunyai keupayaan yang baik untuk menyerap neutron, yang tidak dimiliki oleh bahan seramik lain.Ketumpatan B4C adalah yang paling rendah antara beberapa seramik perisai yang biasa digunakan.Di samping itu, modulus anjalnya yang tinggi menjadikannya pilihan yang baik untuk perisai tentera dan bahan angkasa.Masalah utama B4C ialah ia mahal (kira-kira 10 kali ganda daripada alumina).Kerapuhan produk mengehadkan penggunaannya yang luas sebagai perisai pelindung satu fasa.

2

05 Kaedah penyediaan seramik kalis peluru
Berdasarkan ciri-ciri proses penyediaan bahan seramik, SiSiC, SSiC dan pensinteran fasa cecair agak matang dalam pembangunan proses semasa.Tiga kaedah pensinteran mempunyai kos pengeluaran yang rendah, proses penyediaan yang mudah dan kemungkinan pengeluaran besar-besaran yang tinggi.Disebabkan oleh had saiz produk, pensinteran penekan panas dan pensinteran penekan isostatik panas mempunyai kos pengeluaran yang tinggi dan kematangan yang rendah.Pensinteran tekanan ultra tinggi, pensinteran gelombang mikro, pensinteran plasma percikan dan pencairan pancaran plasma adalah kaedah penyediaan yang agak baru dengan kematangan paling rendah.Oleh kerana keperluan teknologi dan peralatan yang tinggi, kos pengeluarannya tinggi, yang membawa kepada kemungkinan pengeluaran besar-besaran yang rendah.Ia sering digunakan dalam peringkat penerokaan eksperimen dan mempunyai sedikit kepentingan untuk aplikasi praktikal.Oleh itu, adalah sukar bagi mereka untuk merealisasikan perindustrian.
06 Naik taraf seramik kalis peluru
Silikon karbida dan boron karbida mempunyai potensi kalis peluru yang hebat.Walau bagaimanapun, keliatan patah yang lemah dan kerapuhan seramik fasa tunggal tidak boleh diabaikan.Dengan perkembangan sains dan teknologi moden, fungsi dan ekonomi seramik kalis peluru diserlahkan, yang dipersembahkan sebagai pelbagai fungsi, prestasi tinggi, ringan, kos rendah dan keselamatan.Baru-baru ini, pakar dan sarjana berharap untuk mengukuhkan, menguatkan, meringankan dan menjimatkan seramik melalui pelarasan mikro, termasuk komposit pelbagai sistem seramik, seramik kecerunan berfungsi, reka bentuk struktur berlapis, dll. Walau bagaimanapun, perisai ini lebih ringan daripada perisai semasa, yang meningkatkan mobiliti. daripada pasukan tempur.
Seramik kecerunan berfungsi dicirikan oleh perubahan tetap dalam sifat bahan komponen melalui reka bentuk mikro.Contohnya, titanium borida dan logam titanium serta aluminium oksida, silikon karbida, boron karbida, silikon nitrida dan logam aluminium dan sistem komposit logam/seramik lain mempunyai perubahan kecerunan dalam prestasi sepanjang ketebalan, iaitu, untuk menyediakan seramik kalis peluru yang peralihan daripada kekerasan tinggi kepada keliatan tinggi.
Seramik nanokomposit terdiri daripada zarah tersebar submikron atau nanometer yang ditambahkan pada seramik matriks.Contohnya, SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, dsb. boleh meningkatkan kekerasan, keliatan dan kekuatan seramik.Dilaporkan bahawa negara-negara barat sedang mengkaji cara menyediakan seramik dengan saiz bijian berpuluh-puluh nanometer dengan mensinter serbuk skala nano, untuk menguatkan dan menguatkan bahan.Seramik balistik dijangka mencapai kejayaan besar dalam hal ini.
07 Ringkasan
Sama ada seramik fasa tunggal atau seramik berbilang fasa, bahan seramik kalis peluru terbaik masih tidak dapat dipisahkan daripada silikon karbida dan boron karbida.Dengan perkembangan teknologi pensinteran, kelebihan seramik boron karbida semakin menonjol.


Masa siaran: Dis-03-2022