Materiales cerámicos a prueba de balas
01El principio de Bulletproof con materiales cerámicos.
El principio básico de la protección blindada es disipar la energía de un proyectil., ralentizarlo y hacerlo inofensivo. Mientras que la mayoría de los materiales de ingeniería convencionales, tales como metales, Absorber energía a través de la deformación plástica de la estructura., La cerámica absorbe energía mediante procesos de microfractura..
Cerámica a prueba de balas El proceso de absorción de energía se puede dividir aproximadamente en 3 etapas:
(1) etapa de impacto inicial: la superficie cerámica de impacto del proyectil, para que la ojiva se embota, en la superficie cerámica triturada para formar un área de fragmentación fina y dura en el proceso de absorción de energía;
(2) Fase de erosión: el proyectil embotado continúa erosionando la zona de fragmentación, formando una capa continua de fragmentos cerámicos;
(3) Deformación, Fase de agrietamiento y fractura.: finalmente, Las tensiones de tracción en la cerámica hacen que la cerámica se fragmente., seguido de la deformación de la placa de respaldo, toda la energía restante es absorbida por la deformación del material de la placa de soporte.. Durante el impacto del proyectil sobre la cerámica., Tanto el proyectil como la cerámica están dañados..
02Cerámica a prueba de balas según los requisitos de rendimiento del material.
Por la fragilidad de la propia cerámica., su impacto por la fractura del proyectil más que por la deformación plástica. Bajo carga de tracción, La fractura ocurre primero en lugares no homogéneos, como poros y límites de grano.. Por lo tanto, para minimizar las concentraciones de estrés microscópico, La cerámica de armadura debe ser de alta calidad y baja porosidad. (hasta 99% del valor de densidad teórico) y estructura de grano fino.
03 Los materiales cerámicos antibalas más utilizados.
Desde el siglo XXI, El rápido desarrollo de la cerámica a prueba de balas., más tipos, incluyendo alúmina, carburo de silicio, Carburo de boro, Nitrido de silicona, boruro de titanio, etc., de los cuales cerámica de alúmina (Al₂O₃), cerámicas de carburo de silicio (Sic), cerámicas de carburo de boro (B4C) es el más utilizado.
Las cerámicas de alúmina tienen la mayor densidad., pero la dureza es relativamente baja, el umbral de procesamiento es bajo, el precio es bajo, según la pureza se divide en 85/90/95/99 cerámica de alúmina, la dureza y el precio correspondientes también aumentan a su vez.
Comparación del rendimiento de diferentes materiales cerámicos antibalas.
La densidad cerámica de carburo de silicio es relativamente baja., alta dureza, pertenece a la cerámica estructural rentable, y por lo tanto es actualmente la cerámica a prueba de balas doméstica más utilizada..
Cerámicas de carburo de boro en estas cerámicas de menor densidad., la mayor dureza, pero al mismo tiempo sus requisitos de procesamiento también son muy altos, Necesita sinterización a alta temperatura y alta presión., y por lo tanto el costo también es el más alto de estos tres tipos de cerámica.
Comparación de los tres materiales cerámicos antibalas más comunes, Las cerámicas a prueba de balas de alúmina cuestan las más bajas, pero el rendimiento a prueba de balas es mucho peor que el del carburo de silicio y el carburo de boro., Por lo tanto, las unidades de producción nacionales actuales de cerámica a prueba de balas, carburo de silicio y carburo de boro, a prueba de balas, en su mayoría., mientras que las cerámicas de alúmina son raras. Pero la alúmina monocristalina se puede utilizar para preparar cerámicas transparentes., Se utiliza ampliamente como función ligera de materiales transparentes., en la máscara antibalas del soldado, ventanas de detección de misiles, ventanas de observación del vehículo, Periscopios submarinos y otros equipos militares que se aplicarán..
04Dos de los materiales cerámicos a prueba de balas más populares
Cerámica a prueba de balas de carburo de silicio
El enlace covalente de carburo de silicio es extremadamente fuerte., a altas temperaturas todavía tienen una unión de alta resistencia, Esta característica estructural confiere a las cerámicas de carburo de silicio una excelente resistencia., alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica, buena resistencia al choque térmico y otras propiedades; Al mismo tiempo, las cerámicas de carburo de silicio tienen un precio moderado., económico, y uno de los de mayor potencial para el desarrollo de materiales de protección de blindaje de alto rendimiento..
Las cerámicas de carburo de silicio en el campo de la protección de armaduras tienen un amplio espacio de desarrollo, en el campo de equipos de combate y vehículos especiales y otras aplicaciones tienden a diversificarse. Como materiales de armadura protectora., teniendo en cuenta el costo y las aplicaciones especiales y otros factores, generalmente pequeñas filas de paneles cerámicos y una placa posterior compuesta unidas en una placa objetivo compuesta de cerámica, para superar el fallo de la cerámica debido a la tensión de tracción, y para asegurar que la penetración del proyectil sólo aplastara una sola pieza de la armadura sin destruir toda la armadura..
Cerámica a prueba de balas de carburo de boro
El carburo de boro es actualmente un material conocido en dureza, superado solo por el diamante y el nitruro de boro cúbico, materiales superduros., dureza hasta 3000kg/mm²; baja densidad, sólo 2,52 g/cm³, 1/3 del acero; alto módulo de elasticidad, 450GPa; alto punto de fusión de aproximadamente 2447 ℃; su coeficiente de expansión térmica es bajo, alta conductividad térmica. Además, El carburo de boro tiene buena estabilidad química., resistencia a la corrosión ácida y alcalina, a temperatura ambiente no reacciona con ácidos y álcalis y con la mayoría de los compuestos y líquidos inorgánicos., sólo en el ácido fluorhídrico – ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico – mezcla de ácido nítrico de corrosión lenta; y la mayor parte del metal fundido no se moja, no se produce. El carburo de boro también tiene una muy buena capacidad para absorber neutrones., que no está disponible en otros materiales cerámicos. B4C tiene la densidad más baja de varias cerámicas de armadura de uso común., junto con un alto módulo de elasticidad, lo que lo convierte en una buena opción de materiales para armaduras militares y espacio. Los principales problemas de B4C son costosos. (acerca de 10 veces más caro que la alúmina), frágil, lo que limita su amplio uso como armadura protectora monofásica. El principal problema del B4C es que es caro. (acerca de 10 veces más caro que el óxido de aluminio) y quebradizo, limitando su uso generalizado como armadura protectora monofásica.
05 Método de preparación de cerámicas a prueba de balas.
De las características del proceso de preparación de los materiales cerámicos se puede observar, El desarrollo actual del proceso es la sinterización por reacción más madura., sinterización sin presión y sinterización en fase líquida, Estos tres tipos de métodos de sinterización de costos de producción son más bajos., el proceso de preparación es más sencillo, y la posibilidad de realizar la producción en masa es mayor. La sinterización por presión en caliente y la sinterización por presión isostática en caliente estarán relativamente limitadas por el tamaño del producto., con mayor costo de producción y menor madurez. Sinterización a ultra alta presión, sinterización por microondas, La sinterización por plasma de descarga y el método de fusión por haz de plasma tienen la madurez más baja., y son medios de preparación relativamente nuevos, pero los requisitos de tecnología y equipamiento son altos, Los costes de producción que hay que invertir son elevados., y la viabilidad de realizar la producción por lotes es baja, y a menudo se utilizan en la etapa de exploración experimental., que tiene poca importancia para la aplicación práctica y es más difícil de lograr la industrialización.
06 Actualización de la cerámica a prueba de balas
Aunque el potencial a prueba de balas del carburo de silicio y del carburo de boro es muy grande, No se puede ignorar el problema de la escasa tenacidad a la fractura y la fragilidad de las cerámicas monofásicas.. Y el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas sobre la funcionalidad de la cerámica a prueba de balas y los requisitos económicos.: multifuncional, alto rendimiento, ligero, bajo costo y seguridad. Por lo tanto, Expertos y académicos de los últimos años esperan que a través de la microrregulación, incluyendo composite de sistema cerámico múltiple, cerámica funcional en gradiente, diseño de estructura en capas, etc. para lograr dureza cerámica, ligero y económico, y tal armadura en relación con el peso ligero de la armadura actual, y mejorar mejor la movilidad de las unidades de combate..
La cerámica de gradiente funcional que se produce a través del microdiseño de las propiedades del material del componente cambia periódicamente. Por ejemplo, Boruro de titanio y metal de titanio., así como alúmina, carburo de silicio, Carburo de boro, nitruro de silicio y aluminio metal metal y otros metales / sistemas compuestos cerámicos, rendimiento a lo largo del espesor de la posición del gradiente, eso es, la preparación de la transición de cerámicas a prueba de balas de alta dureza a alta tenacidad.
La cerámica de fase nanocompleja son las partículas dispersas submicrónicas o de escala nanométrica agregadas a la matriz cerámica que constituyen la cerámica de fase compleja.. Como SiC-Si3N4 y Al2O3, B4C-SiC, etc., la dureza, Se ha mejorado la tenacidad y resistencia de la cerámica.. Se informa que los países occidentales están estudiando la sinterización de polvos a nanoescala para preparar cerámicas con tamaños de grano de decenas de nanómetros., para lograr dureza del material, Se espera que la cerámica a prueba de balas logre un gran avance en este sentido..
07 Resumir
Ya sea cerámica monofásica o cerámica compleja, Los mejores materiales cerámicos a prueba de balas siguen siendo inseparables de los dos materiales de carburo de silicio y carburo de boro.. Especialmente materiales de carburo de boro., con el desarrollo de la tecnología de sinterización, La excelencia de la cerámica de carburo de boro es cada vez más destacada., en el campo de las aplicaciones a prueba de balas se seguirá desarrollando.
