③Den mest almindeligt anvendteskudsikkerkeramisk materiale
Siden det 21. århundrede har skudsikker keramik udviklet sig hurtigt, og der findes mange typer, herunder aluminiumoxid, siliciumcarbid, borcarbid, siliciumnitrid, titanborid osv., hvoraf aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), siliciumcarbidkeramik (SiC) og borcarbidkeramik (B4C) er de mest anvendte.
Alumina-keramik har den højeste densitet, men hårdheden er relativt lav, forarbejdningstærsklen er lav, prisen er lav. I henhold til renheden er den opdelt i 85/90/95/99 alumina-keramik, hvor den tilsvarende hårdhed og pris også øges.
| Materialer | Densitet /(kg*m²) | Elasticitetsmodul /(GN*m²) | HV | Svarende til prisen på aluminiumoxid |
| Borkarbid | 2500 | 400 | 30000 | 10 stk. |
| Aluminiumoxid | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Titandiborid | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Siliciumkarbid | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Oxidationsbelægning | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Glaskeramik | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Siliciumnitrid | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Sammenligning af egenskaber ved forskellige skudsikre keramiktyper
Siliciumcarbid keramisk densitet er relativt lav, hårdheden er høj, hvilket gør det til en omkostningseffektiv strukturel keramik, så det er også den mest anvendte skudsikre keramik i Kina.
Borkarbidkeramik har den laveste densitet og højeste hårdhed blandt disse keramiktyper, men samtidig er deres krav til forarbejdningsteknologi også meget høje, hvilket kræver sintring ved høj temperatur og højt tryk, så omkostningerne er også de højeste blandt disse tre keramiktyper.
Sammenlignet med disse tre mere almindelige skudsikre keramiske materialer har aluminiumoxid-skudsikker keramik den laveste pris, men den skudsikre ydeevne er langt dårligere end siliciumcarbid og borcarbid, så de nuværende indenlandske produktionsenheder af skudsikker keramik er siliciumcarbid og borcarbid, mens aluminiumoxidkeramik er sjælden. Imidlertid kan enkeltkrystal-aluminiumoxid bruges til at fremstille transparent keramik, som er meget anvendt som transparente materialer med lysfunktioner og anvendes i militært udstyr såsom individuelle soldat-skudsikre masker, missildetekteringsvinduer, køretøjsobservationsvinduer og ubådsperiskoper.
④To af de mest populære skudsikre keramiske materialer
Skudsikker keramik af siliciumkarbid
Siliciumcarbid-kovalentbindinger er meget stærke og har stadig høj bindingsstyrke ved høj temperatur. Denne strukturelle egenskab giver siliciumcarbidkeramik fremragende styrke, høj hårdhed, slidstyrke, korrosionsbestandighed, høj varmeledningsevne, god termisk stødmodstand og andre egenskaber. Samtidig er siliciumcarbidkeramik moderat i pris, omkostningseffektiv og et af de mest lovende højtydende rustningsbeskyttelsesmaterialer.
Siliciumcarbidkeramik har bred udviklingsmulighed inden for panserbeskyttelse, og deres anvendelser inden for individuelt udstyr og specialkøretøjer er ofte diversificerede. Når det bruges som et beskyttende pansermateriale, er det, i betragtning af omkostninger og særlige anvendelsesmuligheder og andre faktorer, normalt et lille arrangement af keramiske paneler og kompositbagplader, der er bundet til en keramisk kompositmålplade, for at overvinde keramiksvigt på grund af trækspænding og for at sikre, at projektilpenetrationen kun splintrer et enkelt stykke uden at beskadige hele panseret.
Borkarbid skudsikker keramik
Borkarbid er en hårdhed af kendte materialer efter diamant og kubisk bornitrid superhårdt materiale, hårdhed på op til 3000 kg/mm²; Densiteten er lav, kun 2,52 g/cm³, hvilket er 1/3 af stål; Høj elasticitetsmodul, 450 GPa; Højt smeltepunkt, ca. 2447 ℃; Den termiske udvidelseskoefficient er lav, og den termiske ledningsevne er høj. Derudover har borkarbid god kemisk stabilitet, syre- og alkalikorrosionsbestandighed, reagerer ikke ved stuetemperatur med syre og base og de fleste uorganiske forbindelser i væsker. Kun i flussyre-svovlsyre har flussyre-salpetersyre blandede væsker langsom korrosion; og de fleste smeltede metaller fugtes ikke og reagerer ikke. Borkarbid har også en god evne til at absorbere neutroner, hvilket ikke findes i andre keramiske materialer. B4C har den laveste densitet af flere almindeligt anvendte rustningskeramikmaterialer, kombineret med et højt elasticitetsmodul, hvilket gør det til et godt valg til materialer inden for militær rustning og rumfart. Hovedproblemet med B4C er, at det er dyrt (ca. 10 gange så dyrt som aluminiumoxid) og sprødt, hvilket begrænser dets brede anvendelse som enfaset beskyttende pansring.
⑤Forberedelsesmetode for skudsikker keramik.
| Forberedelsesteknologi | Procesegenskaber | |
| Fordel | ||
| Varmpresssintring | Med lav sintringstemperatur og kort sintringstid kan der opnås keramik med finkornethed, høj relativ densitet og gode mekaniske egenskaber. | |
| Superhøjtrykssintring | Opnå hurtig sintring ved lav temperatur og øget densificeringshastighed. | |
| Varmisostatisk presning sintring | Keramik med høj ydeevne og kompleks form kan fremstilles ved lav sintringstemperatur, kort banketid og ensartet krympning af det dårlige legeme. | |
| Mikrobølgesintring | Hurtig fortætning, ensartet opvarmning uden gradient, forbedret materialestruktur, forbedret materialeydelse, høj effektivitet og energibesparelse. | |
| Sintring af udladningsplasma | Sintringstiden er kort, sintringstemperaturen er lav, den keramiske ydeevne er god, og densiteten af højenergisintringsgradientmaterialet er høj. | |
| Plasmastrålesmeltemetode | Pulverråmaterialet er fuldt smeltet, er ikke begrænset af pulverets partikelstørrelse, kræver ikke en lavsmeltende flux, og produktet har en tæt struktur. | |
| Reaktionssintring | Fremstillingsteknologi med næsten nettostørrelse, enkel proces, lave omkostninger, kan fremstille store dele med kompleks form. | |
| Trykløs sintring | Produktet har fremragende ydeevne ved høje temperaturer, en enkel sintringsproces og lave omkostninger. Der findes mange egnede formningsmetoder, som kan bruges til komplekse og tykke store dele, og som også er egnede til storskala industriel produktion. | |
| Sintring i flydende fase | Lav sintringstemperatur, lav porøsitet, finkornethed, høj densitet, høj styrke | |
| Forberedelsesteknologi | Procesegenskaber | |
| Ulempe | ||
| Varmpresssintring | Processen er mere kompleks, kravene til støbematerialer og udstyr er høje, produktionseffektiviteten er lav, produktionsomkostningerne er høje, og formen kan kun fremstilles med simple produkter. | |
| Superhøjtrykssintring | Kan kun fremstille produkter med simple former, lav produktion, høje udstyrsinvesteringer, høje sintringsforhold og højt energiforbrug. I øjeblikket er det kun på forskningsstadiet. | |
| Varmisostatisk presning sintring | Udstyrsomkostningerne er høje, og størrelsen på det emne, der skal bearbejdes, er begrænset. | |
| Mikrobølgesintring | Teoretisk teknologi skal forbedres, udstyr mangler og er ikke blevet bredt anvendt | |
| Sintring af udladningsplasma | Den grundlæggende teori skal forbedres, processen er kompleks, og omkostningerne er høje, hvilket ikke er blevet industrialiseret. | |
| Plasmastrålesmeltemetode | Høje udstyrskrav er ikke blevet opfyldt til udbredt anvendelse. | |
| Reaktionssintring | Resterende silicium reducerer materialets mekaniske egenskaber ved høje temperaturer, korrosionsbestandighed og oxidationsbestandighed. | |
| Trykløs sintring | Sintringstemperaturen er høj, der er en vis porøsitet, styrken er relativt lav, og der er omkring 15% volumenkrympning. | |
| Sintring i flydende fase | Det er tilbøjeligt til deformation, stor krympning og vanskeligt at kontrollere dimensionsnøjagtigheden | |
| Keramisk |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| .SiC |
Opgradering af skudsikker keramik
Selvom siliciumcarbid og borcarbid har et meget stort potentiale for skudsikker konstruktion, kan problemet med brudstyrke og dårlig sprødhed i enfasede keramikkeramik ikke ignoreres. Udviklingen af moderne videnskab og teknologi har stillet krav til funktionaliteten og økonomien i skudsikker keramik: multifunktion, høj ydeevne, let vægt, lave omkostninger og sikkerhed. Derfor håber eksperter og forskere i de senere år at opnå styrkelse, letvægt og økonomi i keramikken gennem mikrojustering, herunder flerkomponent keramisk systemkomposit, funktionel gradientkeramik, lagdelt strukturdesign osv., og sådan rustning er let i vægt sammenlignet med nutidens rustning og forbedrer kampenheders mobile ydeevne bedre.
Funktionelt gradueret keramik viser regelmæssige ændringer i materialeegenskaber gennem mikrokosmisk design. For eksempel, titanborid og titanmetal og aluminiumoxid, siliciumcarbid, borcarbid, siliciumnitrid og metalaluminium og andre metal/keramiske kompositsystemer, ændrer ydeevnen sig langs tykkelsespositionen, dvs. fremstillingen af høj hårdhedsovergang til høj sejhed skudsikker keramik.
Nanometer-flerfasekeramik er sammensat af submikron- eller nanometer-dispersionspartikler, der tilsættes matrixkeramikken. Såsom SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC osv. har hårdheden, sejheden og styrken af keramikken vist en vis forbedring. Det rapporteres, at vestlige lande studerer sintring af nanoskalapulver for at fremstille keramik med en kornstørrelse på ti nanometer for at opnå materialestyrke og sejhed, og skudsikker keramik forventes at opnå et stort gennembrud i denne henseende.
Opsummering
Uanset om det er enfaset keramik eller flerfaset keramik, er de bedste skudsikre keramiske materialer eller uadskillelige fra siliciumcarbid, borcarbid disse to materialer. Især for borcarbidmaterialer bliver de fremragende egenskaber ved borcarbidkeramik mere og mere fremtrædende med udviklingen af sintringsteknologi, og deres anvendelser inden for skudsikkert materiale vil blive yderligere udviklet.
Opslagstidspunkt: 14. dec. 2023