Пуленепробиваемые керамические материалы
01Принцип пуленепробиваемости с керамическими материалами
Основной принцип бронезащиты – рассеивание энергии снаряда., замедлить его и сделать его безвредным. В то время как большинство обычных инженерных материалов, такие как металлы, поглощать энергию за счет пластической деформации конструкции, керамика поглощает энергию посредством процессов микроразлома.
Пуленепробиваемая керамика Процесс поглощения энергии можно условно разделить на 3 этапы:
(1) начальная стадия воздействия: керамическая поверхность от удара снаряда, чтобы боеголовка затупилась, керамическая поверхность измельчается с образованием мелкой и твердой области фрагментации в процессе поглощения энергии;
(2) Фаза эрозии: затупленный снаряд продолжает размывать зону осколка, формирование сплошного слоя керамических фрагментов;
(3) Деформация, фаза растрескивания и разрушения: окончательно, растягивающие напряжения в керамике приводят к ее фрагментации, с последующей деформацией опорной пластины, при этом вся оставшаяся энергия поглощается деформацией материала опорной пластины. Во время удара снаряда по керамике, и снаряд, и керамика повреждены.
02Пуленепробиваемая керамика по требованиям к характеристикам материала
Из-за хрупкости самой керамики., его воздействие происходит за счет разрушения снаряда, а не пластической деформации.. Под растягивающей нагрузкой, разрушение сначала происходит в неоднородных местах, таких как поры и границы зерен.. Следовательно, для минимизации микроскопических концентраций напряжений, бронекерамика должна быть качественной с малой пористостью (вплоть до 99% теоретического значения плотности) и мелкозернистая структура.
03 Наиболее часто используемые пуленепробиваемые керамические материалы
С 21 века, быстрое развитие пуленепробиваемой керамики, больше типов, в том числе глинозем, Карбид кремния, карбид бора, нитрид кремния, борид титана, и Т. Д., из них глиноземная керамика (Al₂O₃), карбидокремниевая керамика (SiC), керамика из карбида бора (B4C) является наиболее широко используемым.
Керамика из глинозема имеет самую высокую плотность., но твердость относительно низкая, порог обработки низкий, цена низкая, По чистоте делятся на 85/90/95/99 Керамика из нитрида алюминия и многое другое, соответствующая твердость и цена также увеличиваются в свою очередь.
Сравнение характеристик различных пуленепробиваемых керамических материалов
Плотность карбидокремниевой керамики относительно низкая., высокая твердость, относится к экономичной конструкционной керамике, и поэтому в настоящее время является наиболее широко используемой отечественной пуленепробиваемой керамикой..
Керамика из карбида бора в этой керамике самой низкой плотности., высочайшая твердость, но в то же время требования к его обработке также очень высоки, требуется спекание при высокой температуре и высоком давлении, и, следовательно, стоимость также самая высокая из этих трех видов керамики..
Сравнение трех наиболее распространенных пуленепробиваемых керамических материалов., Пуленепробиваемая керамика из оксида алюминия стоит дешевле, но пуленепробиваемость намного хуже, чем у карбида кремния и карбида бора., поэтому нынешние отечественные производственные подразделения по пуленепробиваемой керамике, карбиду кремния и карбиду бора в основном пуленепробиваемые., а глиноземная керамика встречается редко. Но из монокристаллического оксида алюминия можно приготовить прозрачную керамику., широко используется в качестве легкой функции прозрачных материалов, в пуленепробиваемой маске солдата, окна обнаружения ракет, смотровые окна автомобиля, перископы подводных лодок и другая военная техника, которая будет применяться.
04Два самых популярных пуленепробиваемых керамических материала
Карбид кремния Пуленепробиваемая керамика
Ковалентная связь карбида кремния чрезвычайно прочна., при высоких температурах сохраняют высокую прочность соединения, эта структурная особенность придает карбидокремниевой керамике превосходную прочность., высокая твердость, износостойкость, устойчивость к коррозии, высокая теплопроводность, хорошая термостойкость и другие свойства; при этом карбидокремниевая керамика имеет умеренную цену, экономически эффективным, и один из наиболее потенциальных для разработки высокоэффективных материалов бронезащиты..
Карбидокремниевая керамика в области бронезащиты имеет широкое поле для развития., в области боевой техники, специальных транспортных средств и других применений, как правило, разнообразны. В качестве защитных броневых материалов, с учетом стоимости, специальных применений и других факторов, обычно небольшие ряды керамических панелей и композитной задней пластины, соединенные в керамическую композитную целевую пластину, для того, чтобы преодолеть разрушение керамики из-за растягивающего напряжения, и обеспечить, чтобы пробитие снаряда раздавливало только один кусок брони, не разрушая всю.
Пуленепробиваемая керамика из карбида бора
Карбид бора в настоящее время является известным материалом, по твердости уступающим только алмазу и кубическому нитриду бора., твердость до 3000кг/мм²; низкая плотность, всего 2,52 г/см³, 1/3 из стали; высокий модуль упругости, 450ГПа; высокая температура плавления около 2447 ℃; коэффициент теплового расширения у него низкий, высокая теплопроводность. Кроме того, Карбид бора обладает хорошей химической стабильностью., кислотная и щелочная коррозионная стойкость, при комнатной температуре не реагирует с кислотами и щелочами, а также с большинством неорганических соединений и жидкостей., только в плавиковой кислоте – серная кислота, плавиковая кислота – азотнокислая смесь медленной коррозии; и большая часть расплавленного металла не смачивается, не происходит. Карбид бора также обладает очень хорошей способностью поглощать нейтроны., чего нет в других керамических материалах. B4C имеет самую низкую плотность среди нескольких часто используемых бронекерамик., в сочетании с высоким модулем упругости, что делает его хорошим выбором материалов для военной брони и космоса. Основные проблемы B4C — дороговизна. (о 10 раз дороже глинозема), хрупкий, что ограничивает его широкое применение в качестве однофазной защитной брони. Основная проблема B4C в том, что это дорого. (о 10 раз дороже оксида алюминия) и хрупкий, ограничивая его широкое использование в качестве однофазной защитной брони.
05 Способ приготовления пуленепробиваемой керамики
Из особенностей процесса приготовления керамических материалов можно увидеть, Текущая разработка процесса является более зрелой реакцией спекания, спекание без давления и спекание в жидкой фазе, эти три вида метода спекания производственных затрат ниже, процесс приготовления проще, и возможность реализации массового производства выше. Спекание при горячем давлении и горячее спекание изостатическим давлением будут относительно ограничены размером продукта., с более высокой себестоимостью производства и более низкой зрелостью. Спекание сверхвысокого давления, микроволновое спекание, метод разрядно-плазменного спекания и плазменно-лучевой плавки имеют наименьшую зрелость., и являются относительно новыми средствами приготовления, но требования к технологии и оборудованию высокие, производственные затраты, требующие инвестиций, высоки, и возможность реализации серийного производства низкая, и их часто используют на стадии опытно-разведочных работ, что имеет мало значения для практического применения и труднее реализовать индустриализацию.
06 Обновление пуленепробиваемой керамики
Хотя пуленепробиваемый потенциал карбида кремния и карбида бора очень велик, нельзя игнорировать проблему плохой вязкости разрушения и хрупкости однофазной керамики.. И развитие современной науки и техники в отношении функциональности пуленепробиваемой керамики и экономических требований.: многофункциональный, высокая производительность, легкий, низкая стоимость и безопасность. Следовательно, эксперты и ученые в последние годы надеются, что благодаря микрорегулированию, включая композит из нескольких керамических систем, функциональная градиентная керамика, многослойная конструкция, так далее. для достижения керамической прочности, легкий и экономичный, и такая броня относительно нынешней брони легкая по весу, и лучше улучшить мобильность боевых частей.
Функциональная градиентная керамика, которая благодаря свойствам материала компонента микродизайна, регулярно меняется.. Например, борид титана и металлический титан, а также оксид алюминия, Карбид кремния, карбид бора, нитрид кремния и алюминий, металл, металл и другой металл / керамические композитные системы, производительность по толщине положения градиента, это, подготовка перехода от высокотвердой к высокопрочной противопульной керамике.
Нанокомплексная фазовая керамика представляет собой субмикронные или наноразмерные дисперсные частицы, добавленные к матричной керамике, образующие сложную фазовую керамику.. Такие как SiC-Si3N4 и Al2O3., B4C-SiC, и Т. Д., твердость, улучшена вязкость и прочность керамики. Сообщается, что западные страны изучают спекание наноразмерных порошков для получения керамики с размером зерен в десятки нанометров., для достижения прочности материала, Ожидается, что пуленепробиваемая керамика добьется большого прорыва в этом отношении..
07 Подведем итог
Будь то однофазная керамика или сложная керамика, лучшие пуленепробиваемые керамические материалы по-прежнему неотделимы от двух материалов: карбида кремния и карбида бора.. Особенно материалы из карбида бора, с развитием технологии спекания, Превосходство керамики из карбида бора становится все более заметным, в области пуленепробиваемых приложений будет развиваться дальше.
