③Nejčastěji používaný neprůstřelný keramický materiál
Od 21. století se neprůstřelná keramika rychle vyvíjela a existuje mnoho druhů, včetně oxidu hlinitého, karbidu křemíku, karbidu boru, nitridu křemíku, boridu titanu atd., mezi nimi keramika z oxidu hlinitého (Al₂O₃), keramika z karbidu křemíku (SiC), Nejpoužívanější je keramika z karbidu boru (B4C).
Aluminová keramika má nejvyšší hustotu, ale tvrdost je relativně nízká, práh zpracování je nízký, cena je nízká, podle čistoty se dělí na keramiku 85/90/95/99 alumina, odpovídající tvrdost a cena jsou také zvýšeny v pořadí.
| Materiály | Hustota /(kg*m²) | Modul pružnosti / (GN*m²) | HV | Odpovídá ceně oxidu hlinitého |
| Karbid boru | 2500 | 400 | 30 000 | X 10 |
| Oxid hlinitý | 3800 | 340 | 15 000 | 1 |
| Diborid titanu | 4500 | 570 | 33 000 | X10 |
| Karbid křemíku | 3200 | 370 | 27 000 | X5 |
| Oxidační pokovování | 2800 | 415 | 12 000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Skleněná keramika | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Nitrid křemíku | 3200 | 310 | 17 000 | X5 |
Porovnání vlastností různých neprůstřelných keramik
Hustota keramiky z karbidu křemíku je relativně nízká, vysoká tvrdost, je nákladově efektivní strukturální keramikou, takže je také nejrozšířenější neprůstřelnou keramikou v Číně.
Keramika z karbidu bóru má mezi těmito keramikami nejnižší hustotu a nejvyšší tvrdost, ale zároveň jsou její požadavky na technologii zpracování také velmi vysoké, vyžadují slinování při vysoké teplotě a vysokém tlaku, takže cena je mezi těmito třemi keramikami také nejvyšší.
Ve srovnání s těmito třemi běžnějšími neprůstřelnými keramickými materiály má neprůstřelná keramika z oxidu hlinitého nejnižší náklady, ale neprůstřelnost je mnohem nižší než u karbidu křemíku a karbidu boru, takže současné domácí výrobní jednotky neprůstřelné keramiky z karbidu křemíku a karbidu boru jsou neprůstřelné, zatímco aluminová keramika je vzácná.Monokrystalový oxid hlinitý však lze použít k přípravě průhledné keramiky, která se široce používá jako průhledné materiály se světelnými funkcemi a používá se ve vojenském vybavení, jako jsou neprůstřelné masky jednotlivých vojáků, okna detekce střel, okna pro pozorování vozidel a podmořské periskopy.
④ Dva z nejoblíbenějších neprůstřelných keramických materiálů
Neprůstřelná keramika z karbidu křemíku
Kovalentní vazba karbidu křemíku je velmi pevná a stále má vysokou pevnost při vysoké teplotě.Tato strukturální vlastnost dává keramice z karbidu křemíku vynikající pevnost, vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi, vysokou tepelnou vodivost, dobrou odolnost proti tepelným šokům a další vlastnosti.Současně je cena keramiky z karbidu křemíku mírná, nákladově efektivní a je jedním z nejslibnějších vysoce výkonných materiálů na ochranu pancíře.
Keramika z karbidu křemíku má široký vývojový prostor v oblasti pancéřové ochrany a její aplikace v oblasti jednotlivých zařízení a speciálních vozidel bývají diverzifikované.Při použití jako ochranného pancéřového materiálu, vezmeme-li v úvahu náklady a příležitosti zvláštního použití a další faktory, je to obvykle malé uspořádání keramických panelů a kompozitní základní desky připojené k keramické kompozitní cílové desce, aby se překonalo selhání keramiky v důsledku tahového napětí a aby se zajistilo, že průnik projektilu rozbije pouze jeden kus bez poškození celého pancíře.
Neprůstřelná keramika z karbidu boru
Karbid boru je tvrdost známých materiálů po diamantu a kubickém nitridu boru supertvrdý materiál, tvrdost až 3000 kg/mm²;Hustota je nízká, pouze 2,52 g/cm³, což je 1/3 oceli;Vysoký elastický modul, 450GPA;Vysoký bod tání, asi 2447 ℃;Koeficient tepelné roztažnosti je nízký a tepelná vodivost je vysoká.Kromě toho má karbid boru dobrou chemickou stabilitu, odolnost vůči kyselinám a zásadám, při pokojové teplotě nereaguje s kyselinou a zásadou a většinou kapalin s anorganickými sloučeninami, pouze ve směsi kyselina fluorovodíková-kyselina sírová má směsná kapalina kyselina fluorovodíková-kyselina dusičná pomalou korozi ;A většina roztavených kovů nevlhčí, nepůsobí.Karbid boru má také dobrou schopnost pohlcovat neutrony, kterou jiné keramické materiály nemají.B4C má nejnižší hustotu z několika běžně používaných pancéřových keramik v kombinaci s vysokým modulem pružnosti, což z něj dělá dobrou volbu pro materiály ve vojenském pancéřování a vesmírných polích.Hlavním problémem B4C je, že je drahý (asi 10krát vyšší než oxid hlinitý) a křehký, což omezuje jeho široké použití jako jednofázového ochranného pancíře.
⑤Způsob přípravy neprůstřelné keramiky.
| Technologie přípravy | Charakteristiky procesu | |
| Výhoda | ||
| Slinování za tepla | S nízkou teplotou slinování a krátkou dobou slinování lze získat keramiku s jemnou zrnitostí a vysokou relativní hustotou a dobrými mechanickými vlastnostmi. | |
| Supervysokotlaké slinování | Dosáhněte rychlého slinování při nízké teplotě, zvýšení rychlosti zhuštění. | |
| Slinování izostatickým lisováním za tepla | Keramiku s vysokým výkonem a složitým tvarem lze připravit nízkou teplotou slinování, krátkou dobou oklepávání a rovnoměrným smršťováním špatného tělesa. | |
| Mikrovlnné slinování | Rychlé zhuštění, rovnoměrné zahřívání s nulovým gradientem, zlepšení struktury materiálu, zlepšení výkonu materiálu, vysoká účinnost a úspora energie. | |
| Výbojové plazmové slinování | Doba slinování je krátká, teplota slinování je nízká, keramický výkon je dobrý a hustota vysokoenergetického slinovacího gradientu je vysoká. | |
| Metoda tání plazmového paprsku | Prášková surovina je plně roztavená, není omezena velikostí částic prášku, nepotřebuje tok s nízkou teplotou tání a produkt má hustou strukturu. | |
| Reakční slinování | Technologie výroby téměř čisté velikosti, jednoduchý proces, nízké náklady, mohou připravit velké, složité tvarové díly. | |
| Beztlakové slinování | Produkt má vynikající výkon při vysokých teplotách, jednoduchý proces slinování a nízkou cenu.Existuje mnoho vhodných metod tváření, které lze použít pro složité a tlusté velké díly a také vhodné pro velkosériovou průmyslovou výrobu. | |
| Slinování v kapalné fázi | Nízká teplota slinování, nízká pórovitost, jemné zrno, vysoká hustota, vysoká pevnost | |
| Technologie přípravy | Charakteristiky procesu | |
| Nevýhoda | ||
| Slinování za tepla | Proces je složitější, požadavky na materiály forem a zařízení jsou vysoké, efektivita výroby je nízká, výrobní náklady jsou vysoké a tvar lze připravit pouze s jednoduchými výrobky. | |
| Supervysokotlaké slinování | Může připravovat pouze výrobky s jednoduchými tvary, nízkou produkcí, vysokými investicemi do zařízení, vysokými podmínkami slinování a vysokou spotřebou energie.V současné době je pouze ve fázi výzkumu | |
| Slinování izostatickým lisováním za tepla | Náklady na zařízení jsou vysoké a velikost zpracovávaného obrobku je omezená | |
| Mikrovlnné slinování | Teoretická technologie potřebuje zlepšení, chybí vybavení a není široce používáno | |
| Výbojové plazmové slinování | Je třeba zlepšit základní teorii, proces je složitý a náklady jsou vysoké, což nebylo industrializováno. | |
| Metoda tání plazmového paprsku | Pro širokou aplikaci nebylo dosaženo vysokých požadavků na vybavení. | |
| Reakční slinování | Zbytkový křemík snižuje vysokoteplotní mechanické vlastnosti, odolnost proti korozi a oxidaci materiálu. | |
| Beztlakové slinování | Teplota slinování je vysoká, je zde určitá pórovitost, pevnost je relativně nízká a dochází k asi 15% objemovému smrštění. | |
| Slinování v kapalné fázi | Je náchylný k deformacím, velkému smrštění a obtížně se kontroluje rozměrová přesnost | |
| Keramický |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| .SiC |
Upgrade neprůstřelné keramiky
Přestože je neprůstřelný potenciál karbidu křemíku a karbidu boru velmi velký, nelze ignorovat problém lomové houževnatosti a špatné křehkosti jednofázové keramiky.Rozvoj moderní vědy a techniky kladl požadavky na funkčnost a hospodárnost neprůstřelné keramiky: multifunkčnost, vysoký výkon, nízká hmotnost, nízká cena a bezpečnost.Odborníci a vědci proto v posledních letech doufají, že dosáhnou zpevnění, nízké hmotnosti a hospodárnosti keramiky prostřednictvím mikroúprav, včetně vícesložkového kompozitu keramického systému, funkční gradientní keramiky, vrstveného designu atd., a takové brnění je lehké v hmotnost ve srovnání s dnešním pancéřováním a lépe zlepšit mobilní výkon bojových jednotek.
Funkčně odstupňovaná keramika vykazuje pravidelné změny materiálových vlastností prostřednictvím mikrokosmického designu.Například borid titanu a titanový kov a oxid hlinitý, karbid křemíku, karbid boru, nitrid křemíku a kovový hliník a další kov/keramické kompozitní systémy, výkonnost změny gradientu podél polohy tloušťky, to znamená příprava vysoké tvrdosti přechod na vysoce houževnatou neprůstřelnou keramiku.
Nanometrická vícefázová keramika se skládá ze submikronových nebo nanometrových disperzních částic přidaných do matricové keramiky.Jako je SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC atd., tvrdost, houževnatost a pevnost keramiky má určité zlepšení.Uvádí se, že západní země studují slinování prášku v nanoměřítku pro přípravu keramiky o velikosti zrn v desítkách nanometrů pro dosažení pevnosti a houževnatosti materiálu a očekává se, že neprůstřelná keramika dosáhne v tomto ohledu velkého průlomu.
Shrnout
Ať už se jedná o jednofázovou keramiku nebo vícefázovou keramiku, nejlepší neprůstřelné keramické materiály nebo neoddělitelné od karbidu křemíku, karbidu boru tyto dva materiály.Zejména u materiálů z karbidu boru se s rozvojem technologie slinování stále více prosazují vynikající vlastnosti keramiky z karbidu boru a jejich aplikace v oblasti neprůstřelnosti se budou dále rozvíjet.
Čas odeslání: 14. prosince 2023