habari

Utumizi wa silicon carbudi, boroni CARBIDE na keramik nyingine za hali ya juu katika uga zisizo na risasi

Utumizi wa silicon carbudi, boroni CARBIDE na keramik nyingine za hali ya juu katika uga zisizo na risasi
Keramik ya kawaida ni brittle.Kulingana na sayansi na teknolojia ya kisasa, huwa kauri za hali ya juu ambazo zina ugumu mzuri na nguvu ya juu.Kauri za hali ya juu zinapaswa kuwa nyenzo mpya katika uwanja wa kuzuia risasi na mahitaji maalum ya utendaji wa mwili.Kwa hivyo, keramik imekuwa nyenzo maarufu sana ya kuzuia risasi.
01 Kanuni ya kuzuia risasi ya nyenzo za kauri
Kizuia risasi hutumika kwa kutumia nishati ya risasi na kupunguza kasi ya risasi ili kupunguza madhara kwa watumiaji wa kuzuia risasi.Nyenzo nyingi za kitamaduni za uhandisi, kama vile chuma na kadhalika, hunyonya nishati kupitia muundo wa plastiki, wakati nyenzo za kauri huchukua nishati kwa mchakato mdogo wa kusagwa.

1

Kuna hatua tatu katika mchakato wa kunyonya nishati ya keramik ya bulletprof takribani:
1) Hatua ya awali ya athari
Kombora linapogonga uso wa kauri wa kuzuia risasi, kichwa cha kivita kitakuwa butu.Wakati wa mchakato wa kuponda uso wa kauri, nishati itafyonzwa.Itasababisha sehemu ndogo na ngumu ya vipande.
2) Hatua ya mmomonyoko
Projectile butu inaendelea kumomonyoa eneo la kipande, na kutengeneza safu inayoendelea ya kipande cha kauri.
3) Deformation, ufa na fracture hatua
Hatimaye, mkazo wa mvutano hutolewa kwenye kauri ili kuvunja kauri.Kisha, sahani ya nyuma itaharibika.Nishati iliyobaki itafyonzwa na deformation ya nyenzo za sahani ya nyuma.Katika mchakato wa kauri inayoathiri projectile, projectile na kauri zote zinaharibiwa.
02 Mahitaji ya kauri zisizo na risasi kwenye sifa za nyenzo
Kwa sababu ya wepesi wa kauri, itavunjika badala ya mgeuko wa plastiki huku ikiathiriwa na projectile.Chini ya mzigo mzito, fracture kwanza hutokea katika sehemu tofauti tofauti kama vile vinyweleo na mipaka ya nafaka.Kwa hiyo, ili kupunguza ukolezi wa dhiki ndogo, keramik zisizo na risasi zinapaswa kuwa keramik za ubora wa juu na porosity ya chini (hadi 99% ya msongamano wa kinadharia) na muundo mzuri wa nafaka.

Utendaji wa Nyenzo na Ushawishi Wake kwenye Utendaji Usiothibitisha Risasi

Utendaji

Athari kwenye utendakazi wa kuzuia risasi

Msongamano

Misa ya mfumo wa silaha

Ugumu

Kiwango cha uharibifu wa projectiles

Moduli ya elastic

Usambazaji wa wimbi la mkazo

Nguvu

Utendaji dhidi ya mgomo nyingi

Hali ya kuvunjika

Utendaji dhidi ya mgomo nyingi

Ugumu wa fracture (intercrystalline au transgranular)

Uwezo wa kunyonya nishati

Muundo mdogo

Ukubwa wa nafaka, awamu ya pili, mabadiliko ya awamu au amorphization, porosity, nk huathiri mali zote.

 

03 Nyenzo za kauri zisizo na risasi zinazotumika sana
Tangu karne ya 21, keramik zisizo na risasi zimetengenezwa kwa haraka.Aina mbalimbali za keramik zisizo na risasi ni pamoja na oksidi ya alumini, silicon carbudi, boroni kaboni, nitridi ya silicon, titanium boride, n.k. Miongoni mwao, keramik ya oksidi ya alumini (Al2O3), keramik ya silicon carbide (SiC), na keramik ya kaboni ya boroni (B4C) ni maarufu zaidi duniani.
Uzito wa keramik ya alumina ni ya juu zaidi.Hata hivyo, ugumu wake ni duni.Kwa kizingiti cha usindikaji wa kiwango cha chini, bei ya keramik ya alumina pia ni ya chini.Kwa mujibu wa usafi wa alumina, keramik ya alumina imegawanywa katika 85/90/95/99.Ugumu unaolingana na bei pia huongezeka kwa zamu.

Nyenzo

Msongamano Kg/m3

Moduli ya elastic GN/m2

HV

Bei kuhusiana na alumina

Carbudi ya boroni

2500

400

30000

x 10

Alumina

3800

340

15000

1

Titanium diboride

4500

570

33000

x 10

Carbide ya silicon

3200

370

27000

x 5

Oksidi ya Beriliamu

2800

415

12000

x 10

B4C/SiC

2600

340

27500

x 7

Vioo na Keramik

2500

100

6000

1

Nitridi ya silicon

3200

310

17000

x 5

Ulinganisho wa mali ya nyenzo
Keramik ya carbudi ya silicon ni keramik ya miundo yenye wiani mdogo na ugumu wa juu, ambayo ni ya gharama nafuu.Kwa hiyo, pia ni keramik zinazotumiwa sana nchini China.
Keramik ya carbudi ya boroni ina msongamano wa chini zaidi na ugumu wa juu zaidi kati ya aina hizi za keramik.Wakati huo huo, pia wana mahitaji ya juu ya teknolojia ya usindikaji, inayohitaji joto la juu na shinikizo la juu.Kwa hivyo, gharama ya keramik ya carbudi ya Boron inapaswa kuwa ya juu kati ya aina tatu za keramik.
picha
Ikilinganishwa na nyenzo hizi tatu za kawaida za kauri zisizo na risasi, keramik za alumina zisizo na risasi zina gharama ya chini zaidi.Hata hivyo, utendaji wake wa kuzuia risasi ni duni sana kuliko ule wa silicon carbudi na boroni carbudi.Kwa hiyo, kwa sasa, kauri za silicon carbudi na boroni bulletproof keramik huzalishwa zaidi katika wazalishaji wa ndani wa kauri zisizo na risasi, wakati keramik za alumina hazipatikani katika soko la ndani.Hata hivyo, alumina moja ya fuwele inaweza kutumika kutayarisha kauri zinazong'aa, ambazo hutumiwa sana kama nyenzo zinazofanya kazi macho wazi. alumina ya fuwele moja pia hutumika kwa vifaa vya kijeshi kama vile barakoa za kuzuia risasi, madirisha ya kugundua makombora, madirisha ya uchunguzi wa magari, periscopes ya manowari, n.k. .
04 Nyenzo mbili maarufu za kauri zisizo na risasi: Keramik za silicon kaboni zisizo na risasi
Kulingana na dhamana yenye nguvu zaidi, silicon carbudi bado ina uunganisho wa nguvu wa juu kwenye joto la juu.Kipengele hiki cha kimuundo kinawapa kauri za silicon mali nzuri, ambayo ni pamoja na nguvu bora, ugumu wa juu, upinzani wa kuvaa, upinzani wa kutu, conductivity ya juu ya mafuta, upinzani mzuri wa mshtuko wa mafuta na wengine.Wakati huo huo, kauri ya silicon ya carbide ni mojawapo ya nyenzo za ulinzi wa silaha za utendaji wa juu, ambayo ina bei ya wastani na utendakazi wa gharama kubwa.
Keramik ya silicon ya carbide imezingatiwa kama nyenzo ya kinga ya silaha.Wana nafasi pana ya maendeleo katika uwanja wa ulinzi wa silaha.Maombi yao katika nyanja za vifaa vya mtu binafsi na magari maalum huwa na mseto.Kwa kuzingatia gharama, matumizi maalum na mambo mengine, paneli ndogo za kauri na sahani za nyuma za composite kawaida huunganishwa na kuunda malengo ya kauri ya composite ili kuondokana na kushindwa kwa keramik kutokana na matatizo ya mvutano.Wanahakikisha kuwa vipande moja tu vinasagwa bila kuharibu silaha nzima wakati projectile inapenya.
Keramik ya kuzuia risasi ya kaboni ya boroni
Kwa sasa, carbudi ya boroni ni nyenzo ngumu sana ambayo ugumu wake ni duni tu kuliko almasi na nitridi ya boroni ya ujazo.Ugumu wake ni hadi 3000 kg/mm².Ina msongamano wa kiwango cha chini cha 2.52g/cm³ ambayo ni 1/3 ya chuma.Ina moduli ya juu ya elastic (450 GPa) na kiwango cha juu cha kuyeyuka (takriban 2447 ℃), pamoja na conductivity ya juu ya mafuta.Hata hivyo, mgawo wake wa upanuzi wa joto ni mdogo.Aidha, carbudi ya boroni ina utulivu mzuri wa kemikali, upinzani wa asidi, upinzani wa alkali na upinzani wa kutu.Kwa joto la kawaida, carbudi ya boroni haifanyiki na asidi, besi na vimiminiko vingi vya isokaboni.Boroni carbudi ina ulikaji polepole tu katika mchanganyiko wa asidi hidrofloriki asidi sulfuriki na asidi hidrofloriki nitriki.Wakati huo huo, carbudi ya boroni haina mvua na kuingiliana na metali nyingi za kuyeyuka.Carbudi ya boroni pia ina uwezo mzuri wa kunyonya neutroni, ambazo vifaa vingine vya kauri hazina.Msongamano wa B4C ndio wa chini kabisa kati ya keramik kadhaa za kawaida za silaha.Kwa kuongeza, moduli yake ya juu ya elastic inafanya kuwa chaguo nzuri kwa silaha za kijeshi na vifaa vya nafasi.Tatizo kuu la B4C ni kwamba ni ghali (karibu mara 10 ya alumina).Ukali wa bidhaa hupunguza matumizi yake mapana kama silaha za kinga za awamu moja.

2

05 Mbinu ya utayarishaji wa keramik zisizo na risasi
Kulingana na sifa za mchakato wa maandalizi ya nyenzo za kauri, SiSiC, SSiC na sintering ya awamu ya kioevu ni kukomaa katika maendeleo ya mchakato wa sasa.Mbinu tatu za sintering zina gharama ya chini ya uzalishaji, mchakato rahisi wa maandalizi na uwezekano mkubwa wa uzalishaji wa wingi.Kwa sababu ya kizuizi cha saizi ya bidhaa, ukandamizaji moto na ukandamizaji moto wa isostatic una gharama ya juu ya uzalishaji na ukomavu wa chini.Uingizaji hewa wa shinikizo la juu sana, upenyezaji wa microwave, ucheshi wa plasma na kuyeyuka kwa boriti ya plasma ni mbinu mpya za utayarishaji zenye ukomavu wa chini zaidi.Kutokana na mahitaji ya juu ya teknolojia na vifaa, gharama za uzalishaji wao ni kubwa, ambayo inasababisha uwezekano mdogo wa uzalishaji wa wingi.Mara nyingi hutumiwa katika hatua ya uchunguzi wa majaribio na kuwa na umuhimu mdogo kwa matumizi ya vitendo.Kwa hiyo, ni vigumu kwao kutambua maendeleo ya viwanda.
06 Uboreshaji wa kauri zisizo na risasi
Carbudi ya silicon na carbudi ya boroni zina uwezo mkubwa wa kuzuia risasi.Hata hivyo, ugumu mbaya wa fracture na brittleness ya keramik ya awamu moja haiwezi kupuuzwa.Pamoja na maendeleo ya sayansi na teknolojia ya kisasa, utendaji na uchumi wa keramik ya kuzuia risasi huangaziwa, ambayo inawasilishwa kama kazi nyingi, utendaji wa juu, uzani mwepesi, gharama ya chini na usalama.Hivi karibuni, wataalam na wasomi wanatarajia kuimarisha, kuimarisha, kupunguza na kupunguza keramik kupitia marekebisho madogo, ikiwa ni pamoja na mchanganyiko wa mifumo mingi ya kauri, keramik ya kazi ya gradient, muundo wa muundo wa layered, nk. Hata hivyo, silaha hii ni nyepesi kuliko silaha za sasa, ambayo inaboresha uhamaji. ya askari wa vita.
Keramik ya gradient ya kazi ina sifa ya mabadiliko ya mara kwa mara katika mali ya vifaa vya sehemu kwa njia ya kubuni ndogo.Kwa mfano, titanium boride na titani ya chuma pamoja na oksidi ya alumini, silicon carbudi, boroni CARBIDI, nitridi ya silicon na alumini ya chuma na mifumo mingine ya metali/kauri ina mabadiliko ya unyunyu katika utendaji kando ya unene, yaani, kuandaa keramik zisizo na risasi ambazo mpito kutoka kwa ugumu wa juu hadi ugumu wa juu.
Keramik za nanocomposite zinajumuisha chembe ndogo ndogo au nanometer zilizotawanywa zilizoongezwa kwenye kauri za matriki.Kwa mfano, SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, nk inaweza kuboresha ugumu, ugumu na nguvu za keramik.Inaripotiwa kuwa nchi za magharibi zinajifunza jinsi ya kuandaa keramik yenye ukubwa wa nafaka ya makumi ya nanometers kwa kupiga poda ya nanoscale, ili kuimarisha na kuimarisha vifaa.Keramik za mpira zinatarajiwa kufikia mafanikio makubwa katika suala hili.
07 Muhtasari
Iwe ni kauri za awamu moja au keramik za awamu nyingi, nyenzo bora zaidi za kauri zisizo na risasi bado hazitenganishwi na silicon carbudi na boroni.Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya sintering, faida za keramik ya carbudi ya boroni ni bora zaidi na zaidi.


Muda wa kutuma: Dec-03-2022