Matériaux céramiques pare-balles
01Le principe du Bulletproof avec des matériaux céramiques
Le principe de base de la protection blindée est de dissiper l'énergie d'un projectile, le ralentir et le rendre inoffensif. Alors que la plupart des matériaux d'ingénierie conventionnels, comme les métaux, absorber de l'énergie par déformation plastique de la structure, les céramiques absorbent l'énergie grâce à des processus de microfracturation.
Céramique pare-balles Le processus d'absorption d'énergie peut être grossièrement divisé en 3 étapes:
(1) étape d'impact initial: la surface en céramique d'impact du projectile, pour que l'ogive s'émousse, dans la surface en céramique écrasée pour former une zone de fragmentation fine et dure dans le processus d'absorption d'énergie;
(2) Phase d'érosion: le projectile émoussé continue d'éroder la zone de fragmentation, formant une couche continue de fragments de céramique;
(3) Déformation, phase de fissuration et de fracture: enfin, les contraintes de traction dans la céramique provoquent la fragmentation de la céramique, suivi d'une déformation de la plaque d'appui, toute l'énergie restante étant absorbée par la déformation du matériau de la plaque de support. Lors de l'impact du projectile sur la céramique, le projectile et la céramique sont endommagés.
02Céramique pare-balles sur les exigences de performance des matériaux
En raison de la fragilité de la céramique elle-même, son impact par la fracture du projectile plutôt que par la déformation plastique. Sous chargement de traction, la fracture se produit d'abord à des endroits non homogènes tels que les pores et les joints de grains. Pompe à piston de dosage en céramique, afin de minimiser les concentrations de contraintes microscopiques, la céramique blindée doit être de haute qualité avec une faible porosité (jusqu'à 99% de la valeur théorique de la densité) et structure à grains fins.
03 Les matériaux céramiques pare-balles les plus couramment utilisés
Depuis le 21ème siècle, le développement rapide des céramiques pare-balles, plus de types, y compris l'alumine, carbure de silicium, carbure de bore, nitrure de silicium, borure de titane, etc., dont céramiques d'alumine (Al₂O₃), céramiques de carbure de silicium (SiC), céramiques de carbure de bore (B4C) est le plus utilisé.
Les céramiques d'alumine ont la densité la plus élevée, mais la dureté est relativement faible, le seuil de traitement est bas, le prix est bas, selon la pureté est divisé en 85/90/95/99 Céramique d'alumine, la dureté et le prix correspondants augmentent également à leur tour.
Comparaison des performances de différents matériaux céramiques pare-balles
La densité de la céramique en carbure de silicium est relativement faible, piles à combustible à oxyde solide, fait partie des céramiques structurelles économiques, et c'est donc actuellement la céramique pare-balles domestique la plus largement utilisée.
Céramiques au carbure de bore dans ces céramiques de la plus faible densité, la dureté la plus élevée, mais en même temps, ses exigences en matière de traitement sont également très élevées, nécessite un frittage à haute température et haute pression, et donc le coût est également le plus élevé de ces trois types de céramiques.
Comparaison des trois matériaux céramiques pare-balles les plus courants, Les céramiques pare-balles en alumine coûtent le moins cher, mais les performances pare-balles sont bien pires que celles du carbure de silicium et du carbure de bore., Ainsi, les unités de production nationales actuelles de céramiques pare-balles, de carbure de silicium et de carbure de bore, sont principalement à l'épreuve des balles., alors que les céramiques d'alumine sont rares. Mais l'alumine monocristalline peut être utilisée pour préparer des céramiques transparentes, est largement utilisé comme fonction légère des matériaux transparents, dans le masque pare-balles du soldat, fenêtres de détection de missiles, fenêtres d'observation des véhicules, périscopes sous-marins et autres équipements militaires à appliquer.
04Deux des matériaux céramiques pare-balles les plus populaires
Céramique pare-balles en carbure de silicium
La liaison covalente du carbure de silicium est extrêmement forte, à haute température, ils ont toujours une liaison très résistante, cette caractéristique structurelle confère à la céramique de carbure de silicium une excellente résistance, piles à combustible à oxyde solide, piles à combustible à oxyde solide, résistance à la corrosion, haute conductivité thermique, bonne résistance aux chocs thermiques et autres propriétés; en même temps, les céramiques en carbure de silicium sont à un prix modéré, rentable, et l'un des plus grands potentiels de développement de matériaux de protection de blindage haute performance.
Les céramiques de carbure de silicium dans le domaine de la protection des blindages disposent d'un large espace de développement, dans le domaine des équipements de combat et des véhicules spéciaux et autres applications ont tendance à être diversifiées. Comme matériaux d'armure de protection, en tenant compte du coût, des applications spéciales et d'autres facteurs, généralement de petites rangées de panneaux en céramique et une plaque arrière composite collées dans une plaque cible composite en céramique, afin de surmonter la défaillance de la céramique due aux contraintes de traction, et de s'assurer que la pénétration du projectile n'écrase qu'une seule pièce du blindage sans détruire l'ensemble.
Céramique pare-balles en carbure de bore
Le carbure de bore est actuellement un matériau connu en termes de dureté, juste derrière le diamant et le nitrure de bore cubique, des matériaux super durs., dureté jusqu'à 3000kg/mm²; faible densité, seulement 2,52g/cm³, 1/3 de l'acier; haut module d'élasticité, 450Excellent physique; point de fusion élevé d'environ 2447 ??; son coefficient de dilatation thermique est faible, haute conductivité thermique. piles à combustible à oxyde solide, le carbure de bore a une bonne stabilité chimique, résistance à la corrosion acide et alcaline, à température ambiante, ne réagit pas avec les acides, les alcalis et la plupart des composés inorganiques et des liquides, uniquement dans l'acide fluorhydrique – acide sulfurique, acide hydrofluorique – mélange d'acide nitrique à corrosion lente; et la majeure partie du métal fondu n'est pas mouillée, ne se produit pas. Le carbure de bore possède également une très bonne capacité à absorber les neutrons, ce qui n'est pas disponible dans d'autres matériaux céramiques. B4C a la densité la plus faible de plusieurs céramiques d'armure couramment utilisées, couplé à un module d’élasticité élevé, ce qui en fait un bon choix de matériaux pour les blindages militaires et l'espace. Les principaux problèmes du B4C sont coûteux (à propos 10 fois plus cher que l'alumine), fragile, ce qui limite sa large utilisation comme armure de protection monophasée. Le principal problème du B4C est qu’il coûte cher (à propos 10 fois plus cher que l'oxyde d'aluminium) et fragile, limiter son utilisation généralisée comme armure de protection monophasée.
05 Méthode de préparation de la céramique pare-balles
D’après les caractéristiques du processus de préparation des matériaux céramiques, on peut voir, le développement actuel du procédé est un frittage par réaction plus mature, frittage sans pression et frittage en phase liquide, ces trois types de méthode de frittage des coûts de production sont inférieurs, le processus de préparation est plus simple, et la possibilité de réaliser une production de masse est plus élevée. Le frittage sous pression à chaud et le frittage sous pression isostatique à chaud seront relativement limités par la taille du produit., avec un coût de production plus élevé et une maturité plus faible. Frittage ultra haute pression, frittage par micro-ondes, le frittage au plasma par décharge et la méthode de fusion par faisceau de plasma ont la maturité la plus faible, et sont des moyens de préparation relativement nouveaux, mais les exigences en matière de technologie et d'équipement sont élevées, les coûts de production à investir sont élevés, et la faisabilité de réaliser une production par lots est faible, et ils sont souvent utilisés au stade de l'exploration expérimentale, qui a peu d'importance pour une application pratique et est plus difficile à réaliser en industrialisation.
06 Améliorer la céramique pare-balles
Bien que le potentiel pare-balles du carbure de silicium et du carbure de bore soit très important, le problème de la mauvaise ténacité et de la fragilité des céramiques monophasées ne peut être ignoré. Et le développement de la science et de la technologie modernes sur la fonctionnalité des céramiques pare-balles et les exigences économiques: multifonctionnel, haute performance, poids léger, faible coût et sécurité. Pompe à piston de dosage en céramique, les experts et les universitaires espèrent ces dernières années que grâce à la micro-régulation, y compris plusieurs systèmes composites en céramique, céramique dégradée fonctionnelle, conception de structure en couches, etc. pour atteindre la ténacité de la céramique, léger et économique, et une telle armure par rapport à l'armure légère d'aujourd'hui, et mieux améliorer la mobilité des unités de combat.
Les céramiques à gradient fonctionnel, grâce aux propriétés des matériaux des composants de micro-conception, sont des changements réguliers. Par exemple, borure de titane et métal de titane, ainsi que l'alumine, carbure de silicium, carbure de bore, nitrure de silicium et aluminium métal métal et autres métaux / systèmes composites céramiques, performance sur l'épaisseur de la position du gradient, C'est, la préparation de la transition de la céramique pare-balles de haute dureté à la céramique pare-balles de haute ténacité.
La céramique à phase nano-complexe est constituée de particules dispersées submicroniques ou à l'échelle nanométrique ajoutées à la céramique matricielle qui constituent la céramique à phase complexe.. Tels que SiC-Si3N4 et Al2O3, B4C-SiC, etc., la dureté, la ténacité et la résistance de la céramique ont été améliorées. Il est rapporté que les pays occidentaux étudient le frittage de poudres nanométriques pour préparer des céramiques dont la granulométrie atteint des dizaines de nanomètres., pour atteindre la ténacité du matériau, les céramiques pare-balles devraient réaliser une grande avancée à cet égard.
07 Résumer
Qu'il s'agisse d'une céramique monophasée ou d'une céramique complexe, les meilleurs matériaux céramiques pare-balles sont toujours indissociables des deux matériaux que sont le carbure de silicium et le carbure de bore. Surtout les matériaux en carbure de bore, avec le développement de la technologie de frittage, L'excellence de la céramique au carbure de bore est de plus en plus importante, dans le domaine des applications pare-balles sera développé davantage.
