방탄 세라믹 소재
01세라믹 소재를 이용한 방탄의 원리
갑옷 보호의 기본 원리는 발사체의 에너지를 분산시키는 것입니다, 속도를 늦추고 무해하게 만듭니다.. 반면 대부분의 기존 엔지니어링 재료는, 금속과 같은, 구조물의 소성변형을 통해 에너지를 흡수, 세라믹은 미세 파쇄 과정을 통해 에너지를 흡수합니다..
방탄 세라믹 에너지 흡수 과정은 크게 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 3 단계:
(1) 초기 영향 단계: 발사체 충격 세라믹 표면, 탄두가 무뎌지도록, 세라믹 표면이 분쇄되어 에너지 흡수 과정에서 미세하고 단단한 조각화 영역을 형성합니다.;
(2) 침식 단계: 둔화된 발사체가 조각화 구역을 계속해서 침식하고 있습니다., 세라믹 조각의 연속적인 층 형성;
(3) 흉한 모습, 균열 및 파괴 단계: 마지막으로, 세라믹의 인장 응력으로 인해 세라믹이 조각나게 됩니다., 그 후 백킹 플레이트의 변형이 발생합니다., 남은 에너지는 모두 백킹 플레이트 소재의 변형으로 흡수됩니다.. 발사체가 세라믹에 충격을 가하는 동안, 발사체와 세라믹이 모두 손상됨.
02재료 성능 요구 사항에 대한 방탄 세라믹
세라믹 자체의 부서지기 쉬운 특성 때문에, 소성 변형보다는 발사체 파괴에 의한 영향. 인장 하중 하에서, 파단은 기공, 결정립계 등 불균일한 장소에서 먼저 발생합니다.. 세라믹 정량 피스톤 펌프, 미세한 응력 집중을 최소화하기 위해, 갑옷 세라믹은 다공성이 낮고 품질이 높아야 합니다. (Si3n4 세라믹 기판 99% 이론적인 밀도 값) 미세한 입자 구조.
03 가장 일반적으로 사용되는 방탄 세라믹 재료
21세기 이후, 방탄 세라믹의 급속한 발전, 더 많은 유형, 알루미나를 포함한, 실리콘 카바이드, 붕소 탄화물, 질화 규소, 티타늄 붕화물, 등., 그 중 알루미나 세라믹 (Al₂O₃), 실리콘 카바이드 세라믹 (SiC), 붕소 탄화물 세라믹 (B4C) 가장 널리 사용됩니다.
알루미나 세라믹은 밀도가 가장 높습니다., 하지만 경도가 상대적으로 낮습니다., 처리 임계값이 낮습니다., 가격이 저렴하다, 순도에 따라 나누어진다. 85/90/95/99 알루미나 도자기, 해당 경도와 가격도 차례로 증가합니다..
다양한 방탄 세라믹 소재의 성능 비교
실리콘 카바이드 세라믹 밀도는 상대적으로 낮습니다., 육각형, 비용 효율적인 구조용 세라믹에 속합니다., 따라서 현재 국내에서 가장 널리 사용되는 방탄 세라믹입니다..
가장 낮은 밀도의 세라믹에 탄화붕소 세라믹이 들어있습니다., 가장 높은 경도, 그러나 동시에 처리 요구 사항도 매우 높습니다., 고온, 고압 소결 필요, 따라서 비용도 이 세 가지 도자기 중 가장 높습니다..
세 가지 일반적인 방탄 세라믹 소재 비교, 알루미나 방탄 세라믹은 가격이 가장 저렴하지만 방탄 성능은 탄화 규소 및 탄화 붕소보다 훨씬 나쁩니다., 따라서 현재 방탄 세라믹 탄화규소 및 탄화붕소 방탄 제품을 생산하는 국내 생산 단위는 대부분입니다., 알루미나 세라믹은 드물지만. 그러나 단결정 알루미나는 투명한 세라믹을 만드는 데 사용될 수 있습니다., 투명재료의 빛의 기능으로 널리 사용됩니다., 군인 방탄 마스크에, 미사일 탐지 창, 차량 관찰 창, 잠수함 잠망경 및 기타 군사 장비 적용.
04가장 인기 있는 방탄 세라믹 소재 2가지
실리콘 카바이드 방탄 세라믹
탄화 규소 공유 결합은 매우 강합니다, 고온에서도 여전히 높은 강도의 결합을 유지합니다., 이러한 구조적 특징은 탄화규소 세라믹에 탁월한 강도를 부여합니다., 육각형, 내마모성, 내식성, 높은 열전도율, 우수한 열 충격 저항 및 기타 특성; 동시에 탄화규소 세라믹의 가격은 적당합니다., 비용 효율적, 고성능 방어구 보호 재료 개발 가능성이 가장 높은 것 중 하나입니다..
갑옷 보호 분야의 탄화 규소 세라믹은 개발 공간이 넓습니다., 전투 장비 및 특수 차량 분야 및 기타 응용 분야에서는 다양화되는 경향이 있습니다.. 방어구 재료로는, 비용과 특수 용도 및 기타 요소를 고려하여, 일반적으로 작은 줄의 세라믹 패널과 복합 백플레이트가 세라믹 복합 타겟 플레이트에 접착됩니다., 인장응력으로 인한 세라믹의 파손을 극복하기 위해, 그리고 발사체가 갑옷 전체를 파괴하지 않고 갑옷의 한 부분만 부수도록 보장합니다..
붕소 탄화물 방탄 세라믹
탄화붕소는 현재 다이아몬드와 입방정 질화붕소 초경질 재료에 이어 두 번째로 경도가 높은 재료로 알려져 있습니다., 최대 3000kg/mm²의 경도; 낮은 밀도, 2.52g/cm²에 불과, 1/3 강철의; 높은 탄성 계수, 450세라믹의 특성; 높은 융점 약 2447 ℃; 열팽창계수가 낮다, 높은 열전도율. 게다가, 붕소 탄화물은 화학적 안정성이 우수합니다., 산 및 알칼리 내식성, 실온에서는 산, 알칼리 및 대부분의 무기 화합물 및 액체와 반응하지 않습니다., 불산에서만 – 황산, 불산 – 느린 부식의 질산 혼합물; 그리고 대부분의 용융 금속은 젖지 않습니다., 발생하지 않는다. 탄화붕소는 또한 중성자를 흡수하는 능력이 매우 뛰어납니다., 다른 세라믹 재료에서는 사용할 수 없습니다. B4C는 일반적으로 사용되는 여러 갑옷 세라믹 중 밀도가 가장 낮습니다., 높은 탄성률과 결합, 군용 갑옷 및 우주용 재료로 적합합니다. B4C의 주요 문제점은 비용이 많이 든다는 것입니다. (~에 대한 10 알루미나보다 몇 배 더 비싸다), 다루기 힘든, 단상 보호 갑옷으로의 광범위한 사용을 제한합니다.. B4C의 주요 문제점은 비용이 많이 든다는 것입니다. (~에 대한 10 산화알루미늄보다 몇 배 비싸다) 그리고 부서지기 쉬운, 단상 보호 갑옷으로의 광범위한 사용을 제한합니다..
05 방탄 세라믹의 제조방법
세라믹재료의 제조과정의 특성을 보면 다음과 같다., 현재 공정 개발은 보다 성숙한 반응 소결입니다., 무압력 소결 및 액상 소결, 이 세 가지 소결 방법의 생산 비용이 저렴합니다., 준비과정이 더 간단해요, 대량생산 실현 가능성도 높아. 열간 압력 소결 및 열간 등압 소결은 제품 크기에 따라 상대적으로 제한됩니다., 생산 비용이 높고 성숙도가 낮음. 초고압 소결, 마이크로파 소결, 방전 플라즈마 소결 및 플라즈마 빔 용해 방식은 성숙도가 가장 낮습니다., 상대적으로 새로운 준비 수단입니다., 그러나 기술과 장비에 대한 요구 사항은 높습니다., 투자해야 하는 생산 비용이 높다, 배치생산 실현가능성이 낮음, 실험적 탐색 단계에서 자주 사용됩니다., 실용화에 큰 의미가 없고 산업화를 실현하기가 더 어렵습니다..
06 방탄 세라믹 업그레이드
탄화규소와 탄화붕소의 방탄 잠재력은 매우 크지만, 단상 세라믹의 열악한 파괴 인성과 취성 문제는 무시할 수 없습니다. 그리고 방탄 세라믹의 기능성과 경제적 요구에 대한 현대 과학 기술의 발전: 다기능, 고성능, 경량, 저렴한 비용과 안전성. 세라믹 정량 피스톤 펌프, 최근 몇 년간 전문가와 학자들은 미세 규제를 통해, 다중 세라믹 시스템 복합재 포함, 기능성 그래디언트 세라믹, 계층 구조 디자인, 등. 세라믹 인성을 달성하기 위해, 가볍고 경제적, 오늘날의 가벼운 갑옷에 비해 그러한 갑옷은, 전투 유닛의 이동성을 더 잘 향상시킵니다..
마이크로 디자인을 통한 기능성 그래디언트 세라믹은 소재 특성이 정기적으로 변경됩니다.. 예를 들어, 티타늄 붕화물 및 티타늄 금속, 알루미나도 그렇고, 실리콘 카바이드, 붕소 탄화물, 질화 규소 및 알루미늄 금속 금속 및 기타 금속 / 세라믹 복합 시스템, 그라디언트 위치의 두께에 따른 성능, 그건, 고경도에서 고인성 방탄세라믹으로의 전환 준비.
나노복합상 세라믹은 매트릭스 세라믹에 첨가된 서브미크론 또는 나노 크기의 분산 입자로 복합상 세라믹을 구성합니다.. SiC-Si3N4, Al2O3 등, B4C-SiC, 등., 경도, 세라믹의 인성과 강도가 향상되었습니다.. 서구 국가에서는 수십 나노미터의 입자 크기를 갖는 세라믹을 제조하기 위해 나노 규모의 분말을 소결하는 방법을 연구하고 있는 것으로 보고됩니다., 재료의 인성을 달성하기 위해, 방탄 세라믹은 이 점에서 큰 진전을 이룰 것으로 예상됩니다..
07 요약하다
단상 세라믹이든 복합 세라믹이든, 최고의 방탄 세라믹 재료는 여전히 탄화규소와 탄화붕소라는 두 가지 재료와 분리될 수 없습니다.. 특히 탄화붕소 재료, 소결기술의 발달로, 붕소 탄화물 세라믹 우수성이 점점 더 두드러지고 있습니다., 방탄 응용 분야에서는 더욱 발전할 것입니다..
