③Nejčastěji používanéneprůstřelnýkeramický materiál
Od 21. století se neprůstřelná keramika rychle rozvíjí a existuje mnoho druhů, včetně oxidu hlinitého, karbidu křemíku, karbidu boru, nitridu křemíku, boridu titanu atd., mezi nimiž se nejčastěji používá keramika na bázi oxidu hlinitého (Al₂O₃), karbidu křemíku (SiC) a karbidu boru (B4C).
Keramika z oxidu hlinitého má nejvyšší hustotu, ale tvrdost je relativně nízká, práh zpracování je nízký, cena je nízká. Podle čistoty se dělí na keramiku z oxidu hlinitého 85/90/95/99, což zvyšuje i odpovídající tvrdost a cenu.
| Materiály | Hustota /(kg*m²) | Modul pružnosti /(GN*m²) | HV | Ekvivalent ceny oxidu hlinitého |
| Karbid boru | 2500 | 400 | 30000 | 10x |
| Oxid hlinitý | 3800 | 340 | 15 000 | 1 |
| Diborid titaničitý | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Karbid křemíku | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Oxidační pokovování | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Sklokeramika | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Nitrid křemíku | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Porovnání vlastností různých neprůstřelných keramických materiálů
Keramika z karbidu křemíku má relativně nízkou hustotu, vysokou tvrdost a je cenově dostupnou strukturální keramikou, takže je také nejrozšířenější neprůstřelnou keramikou v Číně.
Keramika z karbidu boru má mezi těmito keramickými materiály nejnižší hustotu a nejvyšší tvrdost, ale zároveň má velmi vysoké požadavky na technologii zpracování, která vyžaduje slinování za vysokých teplot a tlaku, takže i náklady jsou mezi těmito třemi keramickými materiály nejvyšší.
Ve srovnání s těmito třemi běžnějšími neprůstřelnými keramickými materiály má neprůstřelná keramika z oxidu hlinitého nejnižší cenu, ale její neprůstřelné vlastnosti jsou mnohem horší než u karbidu křemíku a karbidu boru, takže v současné době se v tuzemsku vyrábějí neprůstřelné keramiky z karbidu křemíku a karbidu boru, zatímco keramika z oxidu hlinitého je vzácná. Monokrystalický oxid hlinitý však lze použít k výrobě průhledné keramiky, která se široce používá jako průhledný materiál se světelnými funkcemi a uplatňuje se ve vojenském vybavení, jako jsou neprůstřelné masky pro vojáky, detekční okna pro rakety, pozorovací okna pro vozidla a periskopy pro ponorky.
④Dva z nejoblíbenějších neprůstřelných keramických materiálů
Neprůstřelná keramika z karbidu křemíku
Kovalentní vazba karbidu křemíku je velmi silná a za vysokých teplot si zachovává vysokou pevnost. Tato strukturální vlastnost dává karbid křemíkové keramice vynikající pevnost, vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi, vysokou tepelnou vodivost, dobrou odolnost proti tepelným šokům a další vlastnosti. Zároveň je cena karbidu křemíku střední, cenově výhodná a patří mezi nejslibnější vysoce výkonné materiály pro ochranu pancéřování.
Karbid křemíku a keramika mají široký prostor pro vývoj v oblasti ochrany pancéřování a jejich aplikace v oblasti individuálních zařízení a speciálních vozidel bývají diverzifikované. Při použití jako materiál pro ochranu pancéřování se vzhledem k nákladům, zvláštním příležitostem použití a dalším faktorům obvykle jedná o malé uspořádání keramických panelů a kompozitní zadní desky spojených do keramické kompozitní terčové desky, aby se překonalo selhání keramiky v důsledku tahového napětí a aby se zajistilo, že průnik projektilu rozbije pouze jeden kus, aniž by poškodil celý pancíř.
Neprůstřelná keramika z karbidu boru
Karbid boru je nejtvrdší ze známých materiálů hned po diamantu a kubickém nitridu boru, s tvrdostí až 3000 kg/mm². Má nízkou hustotu, pouze 2,52 g/cm³, což je 1/3 oceli. Má vysoký modul pružnosti 450 GPa. Vysoký bod tání, přibližně 2447 °C. Má nízký koeficient tepelné roztažnosti a vysokou tepelnou vodivost. Kromě toho má karbid boru dobrou chemickou stabilitu, odolnost proti korozi v kyselinách a zásadách. Při pokojové teplotě nereaguje s kyselinami a zásadami a většinou anorganických kapalin. Pouze ve směsi kyseliny fluorovodíkové a sírové, kyseliny fluorovodíkové a dusičné korozi pomalu korozi. Většina roztavených kovů se nevlhčí a nereaguje. Karbid boru má také dobrou schopnost absorbovat neutrony, což jiné keramické materiály nemají. B4C má nejnižší hustotu z několika běžně používaných pancéřových keramických materiálů v kombinaci s vysokým modulem pružnosti, což z něj činí dobrou volbu pro materiály ve vojenském pancéřování a kosmickém průmyslu. Hlavním problémem B4C je jeho vysoká cena (asi 10krát vyšší než u oxidu hlinitého) a křehkost, což omezuje jeho široké použití jako jednofázového ochranného pancíře.
⑤Způsob přípravy neprůstřelné keramiky.
| Technologie přípravy | Charakteristiky procesu | |
| Výhoda | ||
| Slinování za tepla | Díky nízké teplotě slinování a krátké době slinování lze získat keramiku s jemnou zrnitostí, vysokou relativní hustotou a dobrými mechanickými vlastnostmi. | |
| Slinování za supervysokého tlaku | Dosáhněte rychlého slinování při nízkých teplotách a zvýšenou rychlost zhutňování. | |
| Horké izostatické lisování a slinování | Keramiku s vysokým výkonem a složitým tvarem lze připravit nízkou teplotou slinování, krátkou dobou oklepávání a rovnoměrným smrštěním materiálu. | |
| Mikrovlnné slinování | Rychlé zhušťování, rovnoměrné zahřívání s nulovým gradientem, zlepšení struktury materiálu, zlepšení výkonu materiálu, vysoká účinnost a úspora energie. | |
| Plazmové spékání | Doba slinování je krátká, teplota slinování je nízká, keramický výkon je dobrý a hustota vysokoenergetického slinovacího gradientního materiálu je vysoká. | |
| Metoda tavení plazmovým paprskem | Prášková surovina je plně roztavená, není omezena velikostí částic prášku, nepotřebuje tavidlo s nízkým bodem tání a produkt má hustou strukturu. | |
| Reakční spékání | Technologie výroby téměř čisté velikosti, jednoduchý proces, nízké náklady, umožňuje přípravu dílů velkých rozměrů a složitých tvarů. | |
| Beztlakové slinování | Produkt má vynikající vlastnosti při vysokých teplotách, jednoduchý proces spékání a nízké náklady. Existuje mnoho vhodných metod tváření, které lze použít pro složité a silné velké díly a jsou vhodné i pro velkovýrobu. | |
| Slinování v kapalné fázi | Nízká teplota slinování, nízká pórovitost, jemnozrnnost, vysoká hustota, vysoká pevnost | |
| Technologie přípravy | Charakteristiky procesu | |
| Nevýhoda | ||
| Slinování za tepla | Proces je složitější, požadavky na materiály forem a vybavení jsou vysoké, efektivita výroby je nízká, výrobní náklady jsou vysoké a tvar lze připravit pouze s jednoduchými produkty. | |
| Slinování za supervysokého tlaku | Lze připravovat pouze produkty s jednoduchými tvary, nízkou produkcí, vysokými investicemi do zařízení, vysokými podmínkami spékání a vysokou spotřebou energie. V současné době je to pouze ve fázi výzkumu. | |
| Horké izostatické lisování a slinování | Cena zařízení je vysoká a velikost obrobku, který má být zpracováván, je omezená. | |
| Mikrovlnné slinování | Teoretická technologie potřebuje zlepšení, chybí vybavení a nebyla široce používána. | |
| Plazmové spékání | Základní teorii je třeba vylepšit, proces je složitý a náklady vysoké, což dosud nebylo industrializováno. | |
| Metoda tavení plazmovým paprskem | Pro široké použití nebyly splněny vysoké požadavky na vybavení. | |
| Reakční spékání | Zbytkový křemík snižuje mechanické vlastnosti materiálu za vysokých teplot, odolnost proti korozi a oxidaci. | |
| Beztlakové slinování | Teplota slinování je vysoká, existuje určitá pórovitost, pevnost je relativně nízká a dochází k objemovému smrštění asi o 15 %. | |
| Slinování v kapalné fázi | Je náchylný k deformaci, velkému smrštění a obtížně kontrolovatelné rozměrové přesnosti. | |
| Keramický |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| .SiC |
Vylepšení neprůstřelné keramiky
Přestože je potenciál karbidu křemíku a karbidu boru v oblasti neprůstřelnosti velmi velký, nelze ignorovat problém lomové houževnatosti a nízké křehkosti jednofázové keramiky. Rozvoj moderní vědy a techniky přinesl požadavky na funkčnost a hospodárnost neprůstřelné keramiky: multifunkčnost, vysoký výkon, nízká hmotnost, nízké náklady a bezpečnost. Proto v posledních letech odborníci a vědci doufají, že dosáhnou zesílení, odlehčení a hospodárnosti keramiky pomocí mikroúprav, včetně vícesložkového keramického systémového kompozitu, funkční gradientní keramiky, vrstevnaté struktury atd., a takové pancéřování bude lehké ve srovnání se současným pancéřováním a lépe zlepší mobilní výkon bojových jednotek.
Funkčně stupňovaná keramika vykazuje pravidelné změny materiálových vlastností v důsledku mikroskopického designu. Například borid titanu a kovový titan a oxid hlinitý, karbid křemíku, karbid boru, nitrid křemíku a kovový hliník a další kompozitní systémy kov/keramika, jejichž vlastnosti se gradientně mění podél polohy tloušťky, to znamená, že se připravuje vysoce tvrdá keramika s přechodem na vysoce houževnatou neprůstřelnou keramiku.
Vícefázová nanometrová keramika se skládá ze submikronových nebo nanometrových disperzních částic přidaných do keramické matrice. Například SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC atd., u keramiky dochází k určitému zlepšení tvrdosti, houževnatosti a pevnosti. Uvádí se, že západní země studují spékání nanočástic prášku za účelem přípravy keramiky s velikostí zrn desítek nanometrů, čímž se dosáhne pevnosti a houževnatosti materiálu, a očekává se, že neprůstřelná keramika v tomto ohledu dosáhne velkého průlomu.
Shrnout
Ať už se jedná o jednofázovou nebo vícefázovou keramiku, nejlepší neprůstřelné keramické materiály nebo neoddělitelné od karbidu křemíku, karbid boru jsou tyto dva materiály. Zejména u materiálů z karbidu boru se s rozvojem technologie spékání stále více prosazují vynikající vlastnosti keramiky z karbidu boru a její aplikace v oblasti neprůstřelnosti se budou dále rozvíjet.
Čas zveřejnění: 14. prosince 2023