③El material ceràmic a prova de bales més utilitzat
Des del segle XXI, les ceràmiques antibales s'han desenvolupat ràpidament i n'hi ha de molts tipus, com ara alúmina, carbur de silici, carbur de bor, nitrur de silici, borur de titani, etc., entre les quals la ceràmica d'alúmina (Al₂O₃), la ceràmica de carbur de silici (SiC), Les ceràmiques de carbur de bor (B4C) són les més utilitzades.
La ceràmica d'alúmina té la densitat més alta, però la duresa és relativament baixa, el llindar de processament és baix, el preu és baix, segons la puresa es divideix en ceràmica d'alúmina 85/90/95/99, la duresa i el preu corresponents també augmenten. al seu torn.
| Materials | Densitat /(kg*m²) | mòdul elàstic / (GN*m²) | HV | Equivalent al preu de l'alúmina |
| Carbur de bor | 2500 | 400 | 30000 | X 10 |
| Òxid d'alumini | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Diborur de titani | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Carbur de silici | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Revestiment d'oxidació | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Vitroceràmica | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Nitrur de silici | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Comparació de propietats de diferents ceràmiques antibales
La densitat ceràmica de carbur de silici és relativament baixa i d'alta duresa, és una ceràmica estructural rendible, de manera que també és la ceràmica antibales més utilitzada a la Xina.
Les ceràmiques de carbur de bor tenen la densitat més baixa i la duresa més alta entre aquestes ceràmiques, però al mateix temps, els seus requisits per a la tecnologia de processament també són molt elevats, i requereixen sinterització a alta temperatura i alta pressió, de manera que el cost també és el més alt entre aquestes tres ceràmiques.
En comparació amb aquests tres materials ceràmics antibales més comuns, les ceràmiques antibales d'alúmina tenen el cost més baix, però el rendiment antibales és molt inferior al carbur de silici i carbur de bor, de manera que les unitats de producció nacionals actuals de ceràmica antibales en carbur de silici i carbur de bor a prova de bales, mentre que les ceràmiques d'alúmina són rares.No obstant això, l'alúmina d'un sol cristall es pot utilitzar per preparar ceràmiques transparents, que s'utilitzen àmpliament com a materials transparents amb funcions lleugeres, i s'apliquen en equipaments militars com màscares antibales de soldats individuals, finestres de detecció de míssils, finestres d'observació de vehicles i periscopis submarins.
④Dos dels materials ceràmics a prova de bales més populars
Ceràmica antibales de carbur de silici
L'enllaç covalent de carbur de silici és molt fort i encara té una unió d'alta resistència a alta temperatura.Aquesta característica estructural proporciona a la ceràmica de carbur de silici una excel·lent resistència, alta duresa, resistència al desgast, resistència a la corrosió, alta conductivitat tèrmica, bona resistència al xoc tèrmic i altres propietats.Al mateix temps, el preu de la ceràmica de carbur de silici és moderat, rendible, és un dels materials de protecció d'armadura d'alt rendiment més prometedors.
Les ceràmiques de carbur de silici tenen un ampli espai de desenvolupament en el camp de la protecció de blindatges, i les seves aplicacions en el camp d'equips individuals i vehicles especials tendeixen a ser diversificades.Quan s'utilitza com a material d'armadura protectora, tenint en compte el cost i les ocasions especials d'aplicació i altres factors, sol ser una petita disposició de panells ceràmics i placa posterior composta units a una placa de destinació composta de ceràmica, per superar la fallada de la ceràmica a causa de l'esforç de tracció, i per assegurar-se que la penetració del projectil només trenca una sola peça sense danyar tota l'armadura.
Ceràmica antibales de carbur de bor
El carbur de bor és la duresa dels materials coneguts després del diamant i el material superdur de nitrur de bor cúbic, duresa de fins a 3000 kg/mm²;La densitat és baixa, només 2,52 g/cm³, que és 1/3 d'acer;Alt mòdul elàstic, 450GPa;Alt punt de fusió, uns 2447 ℃;El coeficient d'expansió tèrmica és baix i la conductivitat tèrmica és alta.A més, el carbur de bor té una bona estabilitat química, resistència a la corrosió àcida i àlcali, a temperatura ambient no reacciona amb àcids i bases i amb la majoria de líquids compostos inorgànics, només en àcid fluorhídric-àcid sulfúric, el líquid mixt àcid fluorhídric-àcid nítric té una corrosió lenta. ;I la majoria dels metalls fosos no humiten, no actuen.El carbur de bor també té una bona capacitat per absorbir neutrons, que no està disponible en altres materials ceràmics.B4C té la densitat més baixa de diverses ceràmiques d'armadura d'ús comú, combinada amb un alt mòdul d'elasticitat, el que la converteix en una bona opció per a materials en els camps de blindatge militar i espacial.El principal problema del B4C és que és car (unes 10 vegades més gran que l'alúmina) i fràgil, la qual cosa limita la seva àmplia aplicació com a armadura protectora monofàsica.
⑤ Mètode de preparació de ceràmica antibales.
| Tecnologia de preparació | Característiques del procés | |
| Avantatge | ||
| Sinterització per premsa en calent | Amb una temperatura de sinterització baixa i un temps de sinterització curt, es poden obtenir ceràmiques de gra fi i alta densitat relativa i bones propietats mecàniques. | |
| Sinterització a superalta pressió | Aconseguiu una sinterització ràpida i baixa temperatura, augment de la taxa de densificació. | |
| Sinterització per premsa isostàtica en calent | Les ceràmiques d'alt rendiment i forma complexa es poden preparar mitjançant una temperatura de sinterització baixa, un temps de cop curt i una contracció uniforme del mal cos. | |
| Sinterització al microones | Densificació ràpida, escalfament uniforme de gradient zero, millora l'estructura del material, millora el rendiment del material, alta eficiència i estalvi d'energia. | |
| Sinterització de plasma de descàrrega | El temps de sinterització és curt, la temperatura de sinterització és baixa, el rendiment ceràmic és bo i la densitat del material de gradient de sinterització d'alta energia és alta. | |
| Mètode de fusió del feix de plasma | La matèria primera en pols està totalment fosa, no està restringida per la mida de partícules de la pols, no necessita un flux de baix punt de fusió i el producte té una estructura densa. | |
| Sinterització de reacció | Tecnologia de fabricació de mida gairebé neta, procés senzill, baix cost, pot preparar peces de forma complexa i de gran mida. | |
| Sinterització sense pressió | El producte té un excel·lent rendiment a alta temperatura, un procés de sinterització senzill i un baix cost.Hi ha molts mètodes de conformació adequats, que es poden utilitzar per a peces grans complexes i gruixudes, i també adequats per a la producció industrial a gran escala. | |
| Sinterització en fase líquida | Baixa temperatura de sinterització, baixa porositat, gra fi, alta densitat, alta resistència | |
| Tecnologia de preparació | Característiques del procés | |
| Desavantatge | ||
| Sinterització per premsa en calent | El procés és més complex, els requisits de materials i equips del motlle són alts, l'eficiència de producció és baixa, el cost de producció és elevat i la forma només es pot preparar amb productes senzills. | |
| Sinterització a superalta pressió | Només es poden preparar productes amb formes senzilles, baixa producció, alta inversió en equips, altes condicions de sinterització i alt consum d'energia.Actualment, només es troba en fase d'investigació | |
| Sinterització per premsa isostàtica en calent | El cost de l'equip és elevat i la mida de la peça a processar és limitada | |
| Sinterització al microones | La tecnologia teòrica necessita millores, falta equipament i no s'ha aplicat àmpliament | |
| Sinterització de plasma de descàrrega | S'ha de millorar la teoria bàsica, el procés és complex i el cost elevat, que no s'ha industrialitzat. | |
| Mètode de fusió del feix de plasma | No s'han assolit alts requisits d'equip per a una aplicació generalitzada. | |
| Sinterització de reacció | El silici residual redueix les propietats mecàniques d'alta temperatura, la resistència a la corrosió i la resistència a l'oxidació del material. | |
| Sinterització sense pressió | La temperatura de sinterització és alta, hi ha una certa porositat, la resistència és relativament baixa i hi ha aproximadament un 15% de contracció de volum. | |
| Sinterització en fase líquida | És propens a la deformació, la contracció gran i la precisió dimensional difícil de controlar | |
| Ceràmica |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| .SiC |
Actualització de ceràmica antibales
Tot i que el potencial a prova de bales del carbur de silici i el carbur de bor és molt gran, no es pot ignorar el problema de la resistència a la fractura i la poca fragilitat de la ceràmica monofàsica.El desenvolupament de la ciència i la tecnologia modernes ha plantejat requisits per a la funcionalitat i l'economia de la ceràmica antibales: multifunció, alt rendiment, pes lleuger, baix cost i seguretat.Per tant, en els darrers anys, els experts i els estudiosos esperen aconseguir l'enfortiment, el pes i l'economia de la ceràmica mitjançant el microajust, inclòs el compost de sistema ceràmic multicomponent, la ceràmica de gradient funcional, el disseny d'estructura en capes, etc., i aquesta armadura és lleugera. pes en comparació amb l'armadura actual i millora millor el rendiment mòbil de les unitats de combat.
Les ceràmiques graduades funcionalment mostren canvis regulars en les propietats del material mitjançant un disseny microcòsmic.Per exemple, borur de titani i metall de titani i òxid d'alumini, carbur de silici, carbur de bor, nitrur de silici i alumini metàl·lic i altres sistemes compostos de metall/ceràmica, el rendiment del gradient canvia al llarg de la posició del gruix, és a dir, la preparació d'alta duresa transició a ceràmica antibales d'alta duresa.
Les ceràmiques multifàsiques nanomètriques estan compostes per partícules de dispersió submicròniques o nanòmiques afegides a la ceràmica de la matriu.Com ara SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, etc., la duresa, la tenacitat i la resistència de la ceràmica tenen una certa millora.S'informa que els països occidentals estan estudiant la sinterització de pols a nanoescala per preparar ceràmiques amb una mida de gra de desenes de nanòmetres per aconseguir la resistència i la duresa del material, i s'espera que la ceràmica a prova de bales aconsegueixi un gran avenç en aquest sentit.
Resumir
Tant si es tracta de ceràmica monofàsica com de ceràmica multifàsica, els millors materials ceràmics antibales o inseparables del carbur de silici, el carbur de bor d'aquests dos materials.Especialment per als materials de carbur de bor, amb el desenvolupament de la tecnologia de sinterització, les excel·lents propietats de la ceràmica de carbur de bor són cada cop més destacades i les seves aplicacions en el camp de la prova de bales es desenvoluparan encara més.
Hora de publicació: 14-12-2023