③Den vanligasteskottsäkerkeramiskt material
Sedan 2000-talet har skottsäkra keramiker utvecklats snabbt, och det finns många typer, inklusive aluminiumoxid, kiselkarbid, borkarbid, kiselnitrid, titanborid, etc., bland vilka aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), kiselkarbidkeramik (SiC) och borkarbidkeramik (B4C) är de mest använda.
Aluminiumoxidkeramik har den högsta densiteten, men hårdheten är relativt låg, bearbetningströskeln är låg och priset är lågt. Enligt renheten är aluminiumoxidkeramik indelad i 85/90/95/99, vilket ökar motsvarande hårdhet och pris.
| Material | Densitet /(kg*m²) | Elasticitetsmodul /(GN*m²) | HV | Motsvarande priset på aluminiumoxid |
| Borkarbid | 2500 | 400 | 30000 | 10 st |
| Aluminiumoxid | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Titandiborid | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Kiselkarbid | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Oxidationsplätering | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Glaskeramik | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Kiselnitrid | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Jämförelse av egenskaper hos olika skottsäkra keramiker
Kiselkarbidkeramikens densitet är relativt låg, hårdheten är hög, vilket gör den till en kostnadseffektiv strukturkeramik, så den 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 vid hög temperatur och högt tryck, så kostnaden är också den högsta bland dessa tre keramer.
Jämfört med dessa tre vanligare skottsäkra keramiska material har skottsäkra aluminiumoxidkeramik den lägsta kostnaden, men den skottsäkra prestandan är betydligt sämre än kiselkarbid och borkarbid, så de nuvarande inhemska produktionsenheterna av skottsäkra keramiker är kiselkarbid och borkarbid, medan aluminiumoxidkeramik är sällsynt. Enkristallaluminiumoxid kan dock användas för att framställa transparenta keramiker, som används i stor utsträckning som transparenta material med ljusfunktioner och tillämpas i militär utrustning såsom individuella soldatskyddsmasker, missildetekteringsfönster, fordonsobservationsfönster och ubåtsperiskop.
④Två av de mest populära skottsäkra keramiska materialen
Kiselkarbid skottsäker keramik
Kiselkarbidkovalent bindning är mycket stark och har fortfarande hög hållfasthet vid hög temperatur. Denna strukturella egenskap ger kiselkarbidkeramik utmärkt hållfasthet, hög hårdhet, slitstyrka, korrosionsbeständighet, hög värmeledningsförmåga, god termisk chockbeständighet och andra egenskaper. Samtidigt är kiselkarbidkeramik måttligt prissatt, kostnadseffektivt och ett av de mest lovande högpresterande pansarskyddsmaterialen.
Kiselkarbidkeramik har ett brett utvecklingsutrymme inom området pansarskydd, och deras tillämpningar inom individuell utrustning och specialfordon tenderar att vara diversifierade. När det används som skyddande pansarmaterial, med tanke på kostnaden och speciella tillämpningstillfällen och andra faktorer, är det vanligtvis ett litet arrangemang av keramiska paneler och kompositbakplan som binds samman till en keramisk kompositmålplatta, för att övervinna keramikbrott på grund av dragspänning och för att säkerställa att projektilpenetrationen bara splittrar en enda del utan att skada hela pansret.
Borkarbid skottsäker keramik
Borkarbid är ett superhårt material efter diamant och kubisk bornitrid, med en hårdhet på upp till 3000 kg/mm²; densiteten är låg, endast 2,52 g/cm³, vilket motsvarar 1/3 av stål; hög elasticitetsmodul, 450 GPa; hög smältpunkt, cirka 2447 ℃; värmeutvidgningskoefficienten är låg och värmeledningsförmågan är hög. Dessutom har borkarbid god kemisk stabilitet, syra- och alkalikorrosionsbeständighet, reagerar inte med syra och bas vid rumstemperatur och de flesta oorganiska vätskor. Endast i fluorvätesyra-svavelsyra har fluorvätesyra-salpetersyrablandningar långsam korrosion; och de flesta smälta metaller fuktas inte och reagerar 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 förekommande pansarkeramer, i kombination med en hög elasticitetsmodul, vilket gör det till ett bra val för material inom militär pansar- och rymdområdet. Det största problemet med B4C är att det är dyrt (ungefär 10 gånger så dyrt som aluminiumoxid) och sprött, vilket begränsar dess breda tillämpning som enfas skyddsarmatur.
⑤Förberedelsemetod för skottsäker keramik.
| Förberedelseteknik | Processegenskaper | |
| Fördel | ||
| Varmpresssintring | Med låg sintringstemperatur och kort sintringstid kan keramik med finkornighet, hög relativ densitet och goda mekaniska egenskaper erhållas. | |
| Superhögtryckssintring | Uppnå snabb sintring vid låg temperatur, ökad förtätningshastighet. | |
| Varmisostatisk presssintring | Keramik med hög prestanda och komplex form kan framställas genom låg sintringstemperatur, kort knackningstid och jämn krympning av den dåliga kroppen. | |
| Mikrovågssintring | Snabb förtätning, jämn uppvärmning utan gradient, förbättrad materialstruktur, förbättrad materialprestanda, hög effektivitet och energibesparing. | |
| Sintring av urladdningsplasma | Sintringstiden är kort, sintringstemperaturen är låg, den keramiska prestandan är god och densiteten hos högenergisintringsgradientmaterialet är hög. | |
| Plasmastrålesmältningsmetod | Pulverråmaterialet är helt smält, begränsas inte av pulvrets partikelstorlek, behöver inte flussmedel med låg smältpunkt och produkten har en tät struktur. | |
| Reaktionssintring | Tillverkningsteknik nära nettostorlek, enkel process, låg kostnad, kan framställa delar i stor storlek och komplex form. | |
| Trycklös sintring | Produkten har utmärkta högtemperaturprestanda, enkel sintringsprocess och låg kostnad. Det finns många lämpliga formningsmetoder som kan användas för komplexa och tjocka stora delar, och är även lämpliga för storskalig industriell produktion. | |
| Sintring i flytande fas | Låg sintringstemperatur, låg porositet, finkornighet, hög densitet, hög hållfasthet | |
| Förberedelseteknik | Processegenskaper | |
| Nackdel | ||
| Varmpresssintring | Processen är mer komplex, kraven på formmaterial och utrustning är höga, produktionseffektiviteten är låg, produktionskostnaden är hög och formen kan endast framställas med enkla produkter. | |
| Superhögtryckssintring | Kan endast framställa produkter med enkla former, låg produktion, höga utrustningsinvesteringar, höga sintringsförhållanden och hög energiförbrukning. För närvarande är det bara i forskningsstadiet. | |
| Varmisostatisk 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. | |
| Sintring av urladdningsplasma | Grundteorin behöver förbättras, processen är komplex och kostnaden är hög, vilket inte har industrialiserats. | |
| Plasmastrålesmältningsmetod | Höga utrustningskrav har inte uppnåtts för en bred tillämpning. | |
| Reaktionssintring | Resterande kisel minskar materialets mekaniska egenskaper vid höga temperaturer, korrosionsbeständighet och oxidationsbeständighet. | |
| Trycklös sintring | Sintringstemperaturen är hög, det finns en viss porositet, hållfastheten är relativt låg och det är cirka 15 % volymkrympning. | |
| Sintring i flytande fas | Den är benägen att deformeras, krympa mycket och har svårt att kontrollera dimensionsnoggrannheten. | |
| 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 kiselkarbid och borkarbid har mycket stor potential för skottsäkra material, kan problemet med brottseghet och dålig sprödhet hos enfaskeramik inte ignoreras. Utvecklingen av modern vetenskap och teknik har ställt krav på funktionalitet och ekonomi hos skottsäkra keramiker: multifunktion, hög prestanda, låg vikt, låg kostnad och säkerhet. Därför hoppas experter och forskare under senare år kunna uppnå förstärkning, lätthet och ekonomi hos keramik genom mikrojustering, inklusive flerkomponents keramisk systemkomposit, funktionell gradientkeramik, skiktad strukturdesign etc., och sådan rustning är lätt i vikt jämfört med dagens rustning, och förbättrar bättre mobilprestanda hos stridsenheter.
Funktionellt graderad keramik uppvisar regelbundna förändringar i materialegenskaper genom mikrokosmisk design. Till exempel, titanborid och titanmetall och aluminiumoxid, kiselkarbid, borkarbid, kiselnitrid och metallaluminium och andra metall/keramiska kompositsystem, prestandaförändringen längs tjocklekspositionen, det vill säga framställningen av övergången från hög hårdhet till hög seghet, skottsäker keramik.
Nanometerflerfaskeramik består av submikron- eller nanometerdispersionspartiklar som tillsätts till matriskeramiken. Såsom SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, etc., har hårdheten, segheten och hållfastheten hos keramiken förbättrats en viss förbättring. Det rapporteras att västländer studerar sintring av nanoskaligt pulver för att framställa keramik med en kornstorlek på tiotals nanometer för att uppnå materialstyrka och seghet, och skottsäker keramik förväntas få ett stort genombrott i detta avseende.
Summera
Oavsett om det är enfaskeramik eller flerfaskeramik, är 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 alltmer framträdande, och deras tillämpningar inom skottsäkert material kommer att utvecklas ytterligare.
Publiceringstid: 14 december 2023