Kugelsichere Keramikmaterialien
01Das Prinzip der Kugelsicherheit mit keramischen Materialien
Das Grundprinzip des Panzerschutzes besteht darin, die Energie eines Projektils abzuleiten, verlangsamen und unschädlich machen. Während die meisten herkömmlichen technischen Materialien, wie Metalle, absorbieren Energie durch plastische Verformung der Struktur, Keramik absorbiert Energie durch Mikrofrakturierungsprozesse.
Kugelsichere Keramik Der Energieabsorptionsprozess kann grob unterteilt werden in 3 Stufen:
(1) erste Wirkungsphase: die keramische Oberfläche des Projektilaufpralls, damit der Gefechtskopf stumpf wird, in der Keramikoberfläche zerkleinert, um im Prozess der Energieabsorption einen feinen und harten Splitterbereich zu bilden;
(2) Erosionsphase: Das abgestumpfte Projektil erodiert weiterhin die Splitterzone, Es bildet sich eine durchgehende Schicht aus Keramikfragmenten;
(3) Verformung, Riss- und Bruchphase: Endlich, Zugspannungen in der Keramik führen zu einer Fragmentierung der Keramik, gefolgt von einer Verformung der Trägerplatte, Die gesamte verbleibende Energie wird durch die Verformung des Trägerplattenmaterials absorbiert. Beim Aufprall des Projektils auf die Keramik, Sowohl das Projektil als auch die Keramik werden beschädigt.
02Kugelsichere Keramik über die Materialleistungsanforderungen
Wegen der Sprödigkeit der Keramik selbst, Der Aufprall erfolgt eher durch den Bruch des Projektils als durch plastische Verformung. Unter Zugbelastung, Der Bruch tritt zunächst an inhomogenen Stellen wie Poren und Korngrenzen auf. Das aus ultradünnem Verbundsubstrat mit hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften, um mikroskopische Spannungskonzentrationen zu minimieren, Panzerkeramiken sollten von hoher Qualität und geringer Porosität sein (bis zu 99% des theoretischen Dichtewertes) und feine Kornstruktur.
03 Die am häufigsten verwendeten kugelsicheren Keramikmaterialien
Seit dem 21. Jahrhundert, die rasante Entwicklung kugelsicherer Keramik, mehr Typen, einschließlich Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Borcarbid, Siliziumnitrid, Titanborid, etc., davon Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), Siliziumkarbidkeramik (SiC), Borcarbid-Keramik (B4C) ist am weitesten verbreitet.
Aluminiumoxidkeramik weist die höchste Dichte auf, aber die Härte ist relativ gering, Die Verarbeitungsschwelle ist niedrig, Der Preis ist niedrig, nach der Reinheit wird unterteilt in 85/90/95/99 Aluminiumoxid-Keramik, auch die entsprechende Härte und der Preis steigen wiederum.
Vergleich der Leistung verschiedener kugelsicherer Keramikmaterialien
Die Dichte der Siliziumkarbidkeramik ist relativ gering, ZRO2 Zirkonoxid-Keramikblatt, gehört zu den kostengünstigen Strukturkeramiken, und ist daher derzeit die am weitesten verbreitete kugelsichere Keramik im Haushalt.
Borcarbid-Keramik ist diese Keramik mit der niedrigsten Dichte, die höchste Härte, gleichzeitig sind aber auch die Anforderungen an die Verarbeitung sehr hoch, erfordern Sintern bei hoher Temperatur und hohem Druck, und daher sind auch die Kosten die höchsten dieser drei Keramikarten.
Vergleich der drei gängigsten kugelsicheren Keramikmaterialien, Kugelsichere Keramik aus Aluminiumoxid kostet am wenigsten, aber die kugelsichere Leistung ist weitaus schlechter als die von Siliziumkarbid und Borkarbid, Daher bestehen die derzeitigen inländischen Produktionseinheiten hauptsächlich aus kugelsicherer Keramik, Siliziumkarbid und kugelsicherem Borkarbid, während Aluminiumoxidkeramik selten ist. Einkristallines Aluminiumoxid kann jedoch zur Herstellung transparenter Keramiken verwendet werden, wird häufig als Lichtfunktion transparenter Materialien verwendet, in der kugelsicheren Soldatenmaske, Raketenerkennungsfenster, Fahrzeugbeobachtungsfenster, U-Boot-Periskope und andere militärische Ausrüstung eingesetzt werden.
04Zwei der beliebtesten kugelsicheren Keramikmaterialien
Kugelsichere Keramik aus Siliziumkarbid
Die kovalente Bindung von Siliziumkarbid ist extrem stark, Bei hohen Temperaturen bleibt die Verbindung hochfest, Dieses Strukturmerkmal verleiht der Siliziumkarbidkeramik eine hervorragende Festigkeit, ZRO2 Zirkonoxid-Keramikblatt, ZRO2 Zirkonoxid-Keramikblatt, Korrosionsbeständigkeit, AlN-Keramik-Aluminiumnitrid-Teil_1, gute Temperaturwechselbeständigkeit und andere Eigenschaften; Gleichzeitig ist die Siliziumkarbid-Keramik preisgünstig, kosteneffizient, und eines der größten Potenziale für die Entwicklung von Hochleistungspanzerschutzmaterialien.
Siliziumkarbidkeramik bietet im Bereich des Panzerschutzes viel Raum für Entwicklung, im Bereich Kriegsausrüstung und Spezialfahrzeuge sowie andere Anwendungen sind tendenziell diversifiziert. Als Schutzpanzermaterialien, unter Berücksichtigung der Kosten, spezieller Anwendungen und anderer Faktoren, Normalerweise sind es kleine Reihen aus Keramikplatten und einer Verbundrückplatte, die zu einer Zielplatte aus Keramikverbund verbunden sind, um das Versagen von Keramik aufgrund von Zugspannung zu überwinden, und um sicherzustellen, dass das Projektil nur ein einzelnes Teil der Panzerung zerschmettert, ohne das Ganze zu zerstören.
Kugelsichere Keramik aus Borkarbid
Borcarbid ist derzeit ein bekanntes Material mit einer Härte, die nur von den superharten Materialien Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen wird, Härte bis 3000kg/mm²; geringe Dichte, nur 2,52g/cm³, 1/3 des Stahls; hoher Elastizitätsmodul, 450Ain Isolator Cold Ceramic Pad Sheet; hoher Schmelzpunkt von ca 2447 ℃; sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist niedrig, AlN-Keramik-Aluminiumnitrid-Teil_1. Zusätzlich, Borcarbid weist eine gute chemische Stabilität auf, Säure- und Alkalikorrosionsbeständigkeit, Bei Raumtemperatur reagiert es nicht mit Säuren und Laugen sowie den meisten anorganischen Verbindungen und Flüssigkeiten, nur in der Flusssäure – Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure – Salpetersäuremischung mit langsamer Korrosion; und der größte Teil des geschmolzenen Metalls ist nicht benetzbar, tritt nicht auf. Borcarbid hat außerdem eine sehr gute Fähigkeit, Neutronen zu absorbieren, was in anderen Keramikmaterialien nicht verfügbar ist. B4C hat die niedrigste Dichte mehrerer häufig verwendeter Panzerkeramiken, gepaart mit einem hohen Elastizitätsmodul, Dies macht es zu einer guten Materialwahl für militärische Panzerung und den Weltraum. Die Hauptprobleme von B4C sind die hohen Kosten (um 10 mal teurer als Aluminiumoxid), spröde, was seine breite Verwendung als einphasige Schutzpanzerung einschränkt. Das Hauptproblem bei B4C besteht darin, dass es teuer ist (um 10 mal teurer als Aluminiumoxid) und spröde, was seine weitverbreitete Verwendung als einphasige Schutzpanzerung einschränkt.
05 Herstellungsverfahren für kugelsichere Keramik
Daraus lassen sich die Charakteristika des Herstellungsprozesses keramischer Werkstoffe ablesen, Die aktuelle Prozessentwicklung ist das ausgereiftere Reaktionssintern, druckloses Sintern und Flüssigphasensintern, Die Produktionskosten dieser drei Arten von Sinterverfahren sind niedriger, Der Vorbereitungsprozess ist einfacher, und die Möglichkeit, eine Massenproduktion zu realisieren, ist höher. Heißdrucksintern und heißisostatisches Drucksintern sind durch die Größe des Produkts relativ begrenzt, mit höheren Produktionskosten und geringerer Reife. Ultrahochdrucksintern, Mikrowellensintern, Das Entladungsplasmasintern und das Plasmastrahlschmelzverfahren weisen die geringste Reife auf, und sind relativ neuartige Zubereitungsmittel, Doch die Anforderungen an Technik und Ausstattung sind hoch, Die Produktionskosten, die investiert werden müssen, sind hoch, und die Machbarkeit einer Serienproduktion ist gering, und sie werden häufig in der Phase der experimentellen Erforschung eingesetzt, was für die praktische Anwendung wenig Bedeutung hat und in der Industrialisierung schwieriger zu realisieren ist.
06 Aufrüstung kugelsicherer Keramik
Obwohl das kugelsichere Potenzial von Siliziumkarbid und Borkarbid sehr groß ist, Das Problem der schlechten Bruchzähigkeit und Sprödigkeit einphasiger Keramiken kann nicht ignoriert werden. Und die Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie hinsichtlich der Funktionalität kugelsicherer Keramik und wirtschaftlicher Anforderungen: multifunktional, Hochleistung, Leicht, niedrige Kosten und Sicherheit. Das aus ultradünnem Verbundsubstrat mit hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften, Das hoffen Experten und Wissenschaftler der letzten Jahre durch die Mikroregulierung, inklusive Mehrfachkeramik-Systemverbund, Funktionelle Gradientenkeramik, Schichtstrukturdesign, etc. um keramische Zähigkeit zu erreichen, leicht und wirtschaftlich, und solche Rüstungen haben im Vergleich zur heutigen Rüstung ein geringes Gewicht, und die Mobilität von Kampfeinheiten besser verbessern.
Funktionelle Gradientenkeramik, die sich durch die Mikrodesign-Komponentenmaterialeigenschaften auszeichnet, verändert sich regelmäßig. Zum Beispiel, Titanborid und Titanmetall, sowie Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Borcarbid, Siliziumnitrid und Aluminiummetallmetall und andere Metalle / Keramische Verbundsysteme, Leistung entlang der Dicke der Position des Gradienten, das ist, die Vorbereitung des Übergangs von hochharter zu hochzäher kugelsicherer Keramik.
Bei nanokomplexen Phasenkeramiken handelt es sich um dispergierte Partikel im Submikron- oder Nanobereich, die der Matrixkeramik zugesetzt werden und die komplexen Phasenkeramiken bilden. Wie SiC-Si3N4 und Al2O3, B4C-SiC, etc., die Härte, Zähigkeit und Festigkeit der Keramik wurden verbessert. Es wird berichtet, dass westliche Länder das Sintern nanoskaliger Pulver untersuchen, um Keramik mit Korngrößen von mehreren zehn Nanometern herzustellen, Materialfestigkeit zu erreichen, Beschusssichere Keramik dürfte hier einen großen Durchbruch erzielen.
07 Zusammenfassen
Ob es sich um einphasige Keramik oder komplexe Keramik handelt, Die besten kugelsicheren Keramikmaterialien sind immer noch untrennbar mit den beiden Materialien Siliziumkarbid und Borkarbid verbunden. Besonders Borcarbid-Materialien, mit der Entwicklung der Sintertechnologie, Die herausragende Qualität der Borcarbid-Keramik gewinnt immer mehr an Bedeutung, im Bereich der beschusssicheren Anwendungen werden weiterentwickelt.
