③ Det mest använda skottsäkra keramiska materialet
Sedan 2000-talet har skottsäker keramik utvecklats snabbt, och det finns många typer, inklusive aluminiumoxid, kiselkarbid, borkarbid, kiselnitrid, titanborid, etc., bland annat aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), kiselkarbidkeramik (SiC), borkarbidkeramik (B4C) är de mest använda.
Aluminiumoxidkeramik har den högsta densiteten, men hårdheten är relativt låg, bearbetningströskeln är låg, priset är lågt, enligt renheten är uppdelad i 85/90/95/99 aluminiumoxidkeramik, motsvarande hårdhet och pris höjs också i tur och ordning.
| Material | Densitet /(kg*m²) | Elasticitetsmodul / (GN*m²) | HV | Motsvarar priset på aluminiumoxid |
| Borkarbid | 2500 | 400 | 30 000 | X 10 |
| Aluminiumoxid | 3800 | 340 | 15 000 | 1 |
| Titandiborid | 4500 | 570 | 33 000 | X10 |
| Kiselkarbid | 3200 | 370 | 27 000 | X5 |
| Oxidationsplätering | 2800 | 415 | 12 000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Glaskeramik | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Kiselnitrid | 3200 | 310 | 17 000 | X5 |
Jämförelse av egenskaper hos olika skottsäker keramik
Kiselkarbid keramisk densitet är relativt låg, hög hårdhet, är en kostnadseffektiv strukturell keramik, så det är också den mest använda skottsäkra keramiken i Kina.
Borkarbidkeramik har den lägsta densiteten och högsta hårdheten bland dessa keramer, men samtidigt är deras krav på bearbetningsteknik också mycket höga, vilket kräver sintring med hög temperatur och högt tryck, så kostnaden är också den högsta bland dessa tre keramer.
Jämfört med dessa tre vanligare skottsäkra keramiska material har aluminiumoxid skottsäker keramik den lägsta kostnaden, men den skottsäkra prestandan är mycket mindre än kiselkarbid och borkarbid, så de nuvarande inhemska produktionsenheterna för skottsäker keramik i kiselkarbid och borkarbid skottsäker, medan aluminiumoxidkeramik är sällsynt.Enkristallaluminiumoxid kan dock användas för att förbereda transparent keramik, som ofta används som genomskinliga material med lätta funktioner, och som används i militär utrustning som skottsäkra masker för enskilda soldater, missildetekteringsfönster, fordonsobservationsfönster och ubåtsperiskop.
④Två av de mest populära skottsäkra keramiska materialen
Skottsäker keramik av kiselkarbid
Den kovalenta kiselkarbidbindningen är mycket stark och har fortfarande höghållfast bindning vid hög temperatur.Denna strukturella egenskap ger kiselkarbidkeramik utmärkt hållfasthet, hög hårdhet, slitstyrka, korrosionsbeständighet, hög värmeledningsförmåga, god värmechockbeständighet och andra egenskaper.Samtidigt är kiselkarbidkeramiska priset måttligt, kostnadseffektivt, är ett av de mest lovande högpresterande rustningsskyddsmaterialen.
Kiselkarbidkeramik har ett brett utvecklingsutrymme inom pansarskydd, och deras tillämpningar inom området individuell utrustning och specialfordon tenderar att vara diversifierade.När det används som ett skyddande pansarmaterial, med tanke på kostnaden och speciella applikationstillfällen och andra faktorer, är det vanligtvis ett litet arrangemang av keramiska paneler och kompositbakplan som är sammanfogade i keramisk kompositmålplatta, för att övervinna keramikfel på grund av dragspänning, och för att säkerställa att projektilgenomträngningen bara krossar ett enda stycke utan att skada hela rustningen.
Borkarbid skottsäker keramik
Borkarbid är hårdheten hos kända material efter diamant och kubisk bornitrid superhårt material, hårdhet upp till 3000 kg/mm²;Densiteten är låg, endast 2,52 g/cm³, vilket är 1/3 av stål;Hög elasticitetsmodul, 450GPa;Hög smältpunkt, cirka 2447 ℃;Värmeutvidgningskoefficienten är låg och värmeledningsförmågan är hög.Dessutom har borkarbid god kemisk stabilitet, syra- och alkalikorrosionsbeständighet, vid rumstemperatur reagerar inte med syra och bas och de flesta oorganiska sammansatta vätskor, endast i fluorvätesyra-svavelsyra, fluorvätesyra-salpetersyra blandad vätska har långsam korrosion ;Och de flesta smälta metaller fuktar inte, agerar inte.Borkarbid har också en god förmåga att absorbera neutroner, vilket inte finns i andra keramiska material.B4C har den lägsta densiteten av flera vanligt använda pansarkeramik, kombinerat med en hög elasticitetsmodul, vilket gör den till ett bra val för material inom militär rustning och rymd.Det största problemet med B4C är att det är dyrt (cirka 10 gånger högre än aluminiumoxid) och skört, vilket begränsar dess breda användning som enfas skyddsrustning.
⑤ Förberedelsemetod för skottsäker keramik.
| Beredningsteknik | Processegenskaper | |
| Fördel | ||
| Varmpresssintring | Med låg sintringstemperatur och kort sintringstid kan keramik med finkornig och hög relativ densitet och goda mekaniska egenskaper erhållas. | |
| Superhögtryckssintring | Uppnå snabb sintring med låg temperatur, ökad förtätningshastighet. | |
| Varm isostatisk presssintring | Keramik med hög prestanda och komplex form kan framställas genom låg sintringstemperatur, kort slagtid och jämn krympning av dålig kropp. | |
| Mikrovågssintring | Snabb förtätning, noll gradient enhetlig uppvärmning, förbättra materialstruktur, förbättra materialprestanda, hög effektivitet och energibesparing. | |
| Urladdningsplasmasintring | Sintringstiden är kort, sintringstemperaturen är låg, den keramiska prestandan är god och densiteten hos högenergisintringsgradientmaterial är hög. | |
| Plasmastrålesmältningsmetod | Pulverråvaran är helt smält, begränsas inte av pulvrets partikelstorlek, behöver inte ett flöde med låg smältpunkt och produkten har en tät struktur. | |
| Reaktionssintring | Nära tillverkningsteknik för nettostorlek, enkel process, låg kostnad, kan förbereda stora delar i komplex form. | |
| Trycklös sintring | Produkten har utmärkt prestanda vid hög temperatur, enkel sintringsprocess och låg kostnad.Det finns många lämpliga formningsmetoder, som kan användas för komplexa och tjocka stora delar, och även lämpliga för storskalig industriell produktion. | |
| Vätskefassintring | Låg sintringstemperatur, låg porositet, finkornig, hög densitet, hög hållfasthet | |
| Beredningsteknik | Processegenskaper | |
| Nackdel | ||
| Varmpresssintring | Processen är mer komplex, kraven på formmaterial och utrustning är höga, produktionseffektiviteten är låg, produktionskostnaden är hög och formen kan endast förberedas med enkla produkter. | |
| Superhögtryckssintring | Kan bara förbereda produkter med enkla former, låg produktion, hög utrustningsinvestering, höga sintringsförhållanden och hög energiförbrukning.För närvarande är det bara på forskningsstadiet | |
| Varm isostatisk presssintring | Utrustningskostnaden är hög och storleken på arbetsstycket som ska bearbetas är begränsad | |
| Mikrovågssintring | Teoretisk teknik behöver förbättras, utrustning saknas och har inte använts i stor utsträckning | |
| Urladdningsplasmasintring | Den grundläggande teorin behöver förbättras, processen är komplex och kostnaden är hög, vilket inte har industrialiserats. | |
| Plasmastrålesmältningsmetod | Höga utrustningskrav har inte uppnåtts för utbredd tillämpning. | |
| Reaktionssintring | Resterande kisel minskar materialets mekaniska egenskaper vid hög temperatur, korrosionsbeständighet och oxidationsbeständighet. | |
| Trycklös sintring | Sintringstemperaturen är hög, det finns en viss porositet, hållfastheten är relativt låg och det finns cirka 15% volymkrympning. | |
| Vätskefassintring | Den är benägen för deformation, stor krympning och svår att kontrollera dimensionell noggrannhet | |
| Keramisk |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| B4 C .Sic |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| .Sic |
Uppgradering av skottsäker keramik
Även om den skottsäkra potentialen för kiselkarbid och borkarbid är mycket stor, kan problemet med brottseghet och dålig sprödhet hos enfas keramik inte ignoreras.Utvecklingen av modern vetenskap och teknik har ställt krav på funktionalitet och ekonomi hos skottsäker keramik: multifunktion, hög prestanda, låg vikt, låg kostnad och säkerhet.Därför hoppas experter och forskare under de senaste åren uppnå keramiks förstärkning, lättvikt och ekonomiskt genom mikrojustering, inklusive flerkomponents keramiskt systemkomposit, funktionell gradientkeramik, skiktad strukturdesign, etc., och sådan rustning är lätt i vikt jämfört med dagens rustning, och bättre förbättra den mobila prestandan hos stridsenheter.
Funktionellt graderad keramik visar regelbundna förändringar i materialegenskaper genom mikrokosmisk design.Till exempel titanborid och titanmetall och aluminiumoxid, kiselkarbid, borkarbid, kiselnitrid och metallaluminium och andra metall/keramiska kompositsystem, prestanda för gradientförändringen längs tjocklekspositionen, det vill säga beredning av hög hårdhet övergång till skottsäker keramik med hög seghet.
Nanometer flerfas keramik består av submikron eller nanometer dispersionspartiklar som läggs till matriskeramen.Såsom SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, etc., har hårdheten, segheten och styrkan hos keramik en viss förbättring.Det rapporteras att västländer studerar sintring av pulver i nanoskala för att förbereda keramik med en kornstorlek på tiotals nanometer för att uppnå materialstyrka och seghet, och skottsäker keramik förväntas uppnå ett stort genombrott i detta avseende.
Summera
Oavsett om det är enfas keramik eller flerfas keramik, de bästa skottsäkra keramiska materialen eller oskiljaktiga från kiselkarbid, borkarbid dessa två material.Speciellt för borkarbidmaterial, med utvecklingen av sintringsteknik, blir de utmärkta egenskaperna hos borkarbidkeramik mer och mer framträdande, och deras tillämpningar inom området för skottsäker kommer att utvecklas ytterligare.
Posttid: 14-12-2023