Haberler

Silisyum karbür, bor karbür ve diğer gelişmiş seramiklerin kurşun geçirmez alanlardaki uygulamaları

Silisyum karbür, bor karbür ve diğer gelişmiş seramiklerin kurşun geçirmez alanlardaki uygulamaları
Sıradan seramikler kırılgandır.Modern bilim ve teknolojiye bağlı olarak, iyi sertlik ve yüksek mukavemete sahip gelişmiş seramikler haline gelirler.Gelişmiş seramikler, özel fiziksel performans gereksinimleri ile kurşun geçirmez alanda yeni malzeme olmalıdır.Böylece seramikler çok popüler bir kurşun geçirmez malzeme haline geldi.
01 Seramik malzemelerin kurşun geçirmezlik prensibi
Kurşun geçirmez, mermi enerjisini tüketmek ve mermi hızını yavaşlatmak için kurşun geçirmez kullanıcıların zararlarını en aza indirmek için kullanılır.Metal ve benzeri gibi geleneksel mühendislik malzemelerinin çoğu, yapının plastik deformasyonu yoluyla enerjiyi emerken, seramik malzemeler mikro ezme işlemiyle enerjiyi emer.

1

Bulletprof seramiklerin enerji absorpsiyon sürecinde kabaca üç aşama vardır:
1) İlk etki aşaması
Mermi, kurşun geçirmez seramik yüzeye çarptığında, savaş başlığı körelecektir.Seramik yüzeyi kırma işlemi sırasında enerji emilecektir.Küçük ve sert bir fragman alanına neden olur.
2) Erozyon aşaması
Kör mermi, sürekli bir seramik parça tabakası oluşturarak parça alanını aşındırmaya devam eder.
3) Deformasyon, çatlak ve kırılma aşamaları
Son olarak, seramiği kırmak için seramikte çekme gerilimi oluşturulur.Ardından, arka plaka deforme olacaktır.Kalan enerji, arka plaka malzemesinin deformasyonu ile emilecektir.Merminin seramiğe çarpması sürecinde hem mermi hem de seramik zarar görür.
02 Kurşun geçirmez seramiklerin malzeme özelliklerine ilişkin gereklilikleri
Seramiğin kırılganlığı nedeniyle, mermiden etkilendiğinde plastik deformasyon yerine kırılacaktır.Çekme yükü altında, kırılma önce gözenekler ve tane sınırları gibi heterojen yerlerde meydana gelir.Bu nedenle, mikro stres konsantrasyonunu en aza indirmek için, kurşun geçirmez seramikler düşük gözenekliliğe (teorik yoğunluğun %99'una kadar) ve ince tane yapısına sahip yüksek kaliteli seramikler olmalıdır.

Malzeme Performansı ve Kurşun Geçirmezlik Performansına Etkisi

Verim

Kurşun geçirmez performans üzerindeki etki

Yoğunluk

Zırh sistemi kütlesi

Sertlik

Mermilerin imha kapsamı

Elastik modülü

Stres dalgası iletimi

Kuvvet

Anti çoklu vuruş performansı

kırık modu

Anti çoklu vuruş performansı

Kırılma tokluğu (kristaller arası veya taneler arası)

Enerjiyi emme yeteneği

mikro yapı

Tane boyutu, ikinci faz, faz dönüşümü veya amorfizasyon, gözeneklilik vb. tüm özellikleri etkiler.

 

03 En sık kullanılan kurşun geçirmez seramik malzemeler
21. yüzyıldan itibaren kurşun geçirmez seramikler hızla geliştirildi.Çeşitli kurşun geçirmez seramik türleri arasında alüminyum oksit, silisyum karbür, boron karbür, silikon nitrür, titanyum borür vb. dünyada en yaygın olarak popüler.
Alümina seramiklerin yoğunluğu en yüksektir.Bununla birlikte, sertliği nispeten düşüktür.Düşük seviye işleme eşiği ile alümina seramiklerin fiyatı da düşüktür.Alümina saflığına göre alümina seramikler 85/90/95/99 olarak ayrılır.Buna karşılık gelen sertlik ve fiyat da artar.

Malzeme

Yoğunluk Kg/m3

Elastik modül GN/m2

HV

Alüminaya göre fiyat

bor karbür

2500

400

30000

x 10

alümina

3800

340

15000

1

titanyum diborür

4500

570

33000

x 10

silisyum karbür

3200

370

27000

x 5

berilyum oksit

2800

415

12000

x 10

B4C/SiC

2600

340

27500

x 7

Züccaciye ve Seramik

2500

100

6000

1

silikon nitrür

3200

310

17000

x 5

Malzemelerin özellik karşılaştırması
Silisyum karbür seramikler, nispeten düşük yoğunluklu ve yüksek sertliğe sahip, uygun maliyetli yapısal seramiklerdir.Bu nedenle, aynı zamanda Çin'de en yaygın kullanılan kurşun geçirmez seramiklerdir.
Bor karbür seramikler, bu tür seramikler arasında en düşük yoğunluğa ve en yüksek sertliğe sahiptir.Bu arada, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç sinterleme gerektiren işleme teknolojisi için de yüksek gereksinimlere sahiptirler.Bu nedenle bor karbür seramiklerin maliyeti üç çeşit seramik arasında en yüksek olmalıdır.
resim
Bu üç yaygın kurşun geçirmez seramik malzeme ile karşılaştırıldığında, alümina kurşun geçirmez seramikler en düşük maliyete sahiptir.Bununla birlikte kurşun geçirmezlik performansı silisyum karbür ve boron karbürden çok daha düşüktür.Bu nedenle, şu anda silisyum karbür ve bor karbür kurşun geçirmez seramikler çoğunlukla yerli kurşun geçirmez seramik üreticilerinde üretilirken, alümina seramikler iç piyasada nadiren üretilmektedir.Bununla birlikte, optik fonksiyonel şeffaf malzemeler olarak yaygın olarak kullanılan şeffaf seramikleri hazırlamak için tek kristal alümina kullanılabilir. Tek kristal alümina ayrıca bireysel kurşun geçirmez maskeler, füze algılama pencereleri, araç gözlem pencereleri, denizaltı periskopları gibi askeri teçhizata da uygulanır. .
04 En popüler iki kurşun geçirmez seramik malzeme: Silisyum karbür kurşun geçirmez seramikler
Son derece güçlü kovalent bağa bağlı olarak silisyum karbür, yüksek sıcaklıklarda hala yüksek mukavemetli bir bağa sahiptir.Bu yapısal özellik, silisyum karbür seramiklere mükemmel mukavemet, yüksek sertlik, aşınma direnci, korozyon direnci, yüksek ısıl iletkenlik, iyi termal şok direnci ve diğerlerini içeren iyi özellikler verir.Bu arada, silisyum karbür seramik, orta fiyat ve yüksek maliyet performansına sahip, en umut verici yüksek performanslı zırh koruma malzemelerinden biridir.
Silisyum karbür seramikler, koruyucu zırh malzemesi olarak kabul edilmiştir.Zırh koruması alanında geniş geliştirme alanlarına sahiptirler.Bireysel ekipman ve özel araç alanlarındaki uygulamaları çeşitlenme eğilimindedir.Maliyet, özel uygulama ve diğer faktörler göz önüne alındığında, küçük seramik paneller ve kompozit arka plakalar genellikle seramiklerin çekme geriliminden kaynaklanan arızalarının üstesinden gelmek için seramik kompozit hedefler oluşturmak üzere yapıştırılır.Mermi nüfuz ettiğinde tüm zırha zarar vermeden sadece tek parçaların ezilmesini sağlarlar.
Bor karbür kurşun geçirmez seramikler
Şu anda, bor karbür, sertliği sadece elmas ve kübik bor nitrürden daha düşük olan süper sert bir malzemedir.Sertliği 3000 kg/mm² kadardır.Çeliğin 1/3'ü olan 2.52g/cm³ düşük seviye yoğunluğuna sahiptir.Yüksek elastik modüle (450 GPa) ve yüksek erime noktasına (yaklaşık 2447 ℃) ve ayrıca yüksek termal iletkenliğe sahiptir.Ancak termal genleşme katsayısı düşüktür.Ek olarak, bor karbür iyi bir kimyasal stabiliteye, asit direncine, alkali direncine ve korozyon direncine sahiptir.Oda sıcaklığında bor karbür asitler, bazlar ve inorganik bileşik sıvıların çoğu ile reaksiyona girmez.Bor karbür sadece hidroflorik asit sülfürik asit ve hidroflorik asit nitrik asit karışımında yavaş korozyona sahiptir.Aynı zamanda, bor karbür ıslanmaz ve erimiş metallerin çoğu ile etkileşime girmez.Bor karbür ayrıca diğer seramik malzemelerin sahip olmadığı nötronları emme konusunda iyi bir yeteneğe sahiptir.B4C'nin yoğunluğu, yaygın olarak kullanılan birkaç zırh seramiği arasında en düşük olanıdır.Ayrıca yüksek elastik modülü, askeri zırh ve uzay malzemeleri için iyi bir seçim olmasını sağlar.B4C ile ilgili temel sorun, pahalı olmasıdır (alüminanın yaklaşık 10 katı).Ürünün kırılganlığı, tek fazlı koruyucu zırh olarak geniş uygulamasını sınırlar.

2

05 Kurşun geçirmez seramik hazırlama yöntemi
Seramik malzeme hazırlama sürecinin özelliklerine bağlı olarak, SiSiC, SSiC ve sıvı faz sinterleme, mevcut süreç geliştirmede nispeten olgunlaşmıştır.Üç sinterleme yöntemi, düşük üretim maliyetine, basit hazırlama sürecine ve yüksek seri üretim olasılığına sahiptir.Ürün boyutunun sınırlandırılması nedeniyle, sıcak pres sinterleme ve sıcak izostatik pres sinterleme, yüksek üretim maliyetine ve düşük olgunluğa sahiptir.Ultra yüksek basınçlı sinterleme, mikrodalga sinterleme, kıvılcım plazma sinterleme ve plazma ışını eritme, en düşük olgunluğa sahip nispeten yeni hazırlama yöntemleridir.Teknoloji ve ekipman için yüksek gereksinimler nedeniyle, üretim maliyetleri yüksektir, bu da seri üretimin düşük fizibilitesine yol açar.Genellikle deneysel keşif aşamasında kullanılırlar ve pratik uygulama için çok az öneme sahiptirler.Bu nedenle sanayileşmeyi gerçekleştirmeleri zordur.
06 Kurşun geçirmez seramiklerin yükseltilmesi
Silisyum karbür ve bor karbür, büyük bir kurşun geçirmezlik potansiyeline sahiptir.Bununla birlikte, tek fazlı seramiklerin zayıf kırılma tokluğu ve kırılganlığı göz ardı edilemez.Modern bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte çok işlevli, yüksek performanslı, hafif, düşük maliyetli ve güvenli olarak sunulan kurşun geçirmez seramiğin işlevselliği ve ekonomisi ön plana çıkarılmıştır.Son zamanlarda uzmanlar ve bilim adamları, çoklu seramik sistemlerin bileşimi, fonksiyonel gradyan seramikler, katmanlı yapı tasarımı vb. dahil olmak üzere mikro ayarlama yoluyla seramiği güçlendirmeyi, sağlamlaştırmayı, hafifletmeyi ve tasarruf etmeyi umuyorlar. Ancak bu zırh, hareket kabiliyetini artıran mevcut zırhtan daha hafiftir. muharebe birliklerinden
Fonksiyonel gradyan seramikler, mikro tasarım yoluyla bileşen malzemelerinin özelliklerinde düzenli değişiklikler ile karakterize edilir.Örneğin, titanyum borür ve metal titanyumun yanı sıra alüminyum oksit, silisyum karbür, bor karbür, silikon nitrür ve metal alüminyum ve diğer metal/seramik kompozit sistemlerin, kalınlık boyunca performansta bir gradyan değişikliği vardır, yani kurşun geçirmez seramikler hazırlamak için. yüksek sertlikten yüksek tokluğa geçiş.
Nanokompozit seramikler, matris seramiklere eklenen mikron altı veya nanometre dağılmış parçacıklardan oluşur.Örneğin, SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, vb. seramiklerin sertliğini, tokluğunu ve mukavemetini iyileştirebilir.Batılı ülkelerin, malzemeleri güçlendirmek ve sertleştirmek için nano ölçekli tozları sinterleyerek onlarca nanometre tane boyutuna sahip seramiklerin nasıl hazırlanacağını araştırdıkları bildiriliyor.Balistik seramiklerin bu konuda büyük bir atılım gerçekleştirmesi bekleniyor.
07 Özet
İster tek fazlı ister çok fazlı seramik olsun, en iyi kurşun geçirmez seramik malzemeler hala silisyum karbür ve boron karbürden ayrılamaz.Sinterleme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, bor karbür seramiklerin avantajları giderek daha fazla göze çarpmaktadır.


Gönderim zamanı: Aralık-03-2022