③Cel mai frecvent utilizatantiglonțmaterial ceramic
Începând cu secolul XXI, ceramica antiglonț s-a dezvoltat rapid, existând multe tipuri, inclusiv alumină, carbură de siliciu, carbură de bor, nitrură de siliciu, borură de titan etc., printre care ceramica de alumină (Al₂O₃), ceramica de carbură de siliciu (SiC) și ceramica de carbură de bor (B4C) sunt cele mai utilizate.
Ceramica de alumină are cea mai mare densitate, dar duritatea este relativ scăzută, pragul de procesare este scăzut, prețul este scăzut, în funcție de puritate este împărțită în ceramica de alumină 85/90/95/99, duritatea și prețul corespunzătoare crescând, de asemenea.
| Materiale | Densitate /(kg*m²) | Modul de elasticitate /(GN*m²) | HV | Echivalent cu prețul aluminei |
| Carbură de bor | 2500 | 400 | 30000 | 10 bucăți |
| Oxid de aluminiu | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Diborură de titan | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Carbură de siliciu | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Placare prin oxidare | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Ceramică de sticlă | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Nitrură de siliciu | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Compararea proprietăților diferitelor ceramice antiglonț
Densitatea ceramicii din carbură de siliciu este relativ scăzută, duritatea ridicată, este o ceramică structurală rentabilă, deci este și cea mai utilizată ceramică antiglonț din China.
Ceramica din carbură de bor are cea mai mică densitate și cea mai mare duritate dintre aceste ceramice, dar, în același timp, cerințele lor pentru tehnologia de procesare sunt, de asemenea, foarte mari, necesitând sinterizare la temperatură ridicată și presiune înaltă, astfel încât costul este, de asemenea, cel mai mare dintre aceste trei ceramice.
Comparativ cu aceste trei materiale ceramice antiglonț mai comune, ceramica antiglonț din alumină are cel mai mic cost, dar performanța antiglonț este mult mai mică decât cea a carburii de siliciu și a carburii de bor, astfel încât unitățile actuale de producție internă de ceramică antiglonț sunt din carbură de siliciu și carbură de bor, în timp ce ceramica din alumină este rară. Cu toate acestea, alumina monocristalină poate fi utilizată pentru a prepara ceramică transparentă, care este utilizată pe scară largă ca materiale transparente cu funcții de iluminare și este aplicată în echipamente militare, cum ar fi măști antiglonț individuale pentru soldați, ferestre de detectare a rachetelor, ferestre de observare a vehiculelor și periscoape pentru submarine.
④Două dintre cele mai populare materiale ceramice antiglonț
Ceramică antiglonț din carbură de siliciu
Legătura covalentă din carbură de siliciu este foarte puternică și are în continuare o rezistență ridicată la temperaturi ridicate. Această caracteristică structurală conferă ceramicii din carbură de siliciu o rezistență excelentă, duritate ridicată, rezistență la uzură, rezistență la coroziune, conductivitate termică ridicată, rezistență bună la șocuri termice și alte proprietăți. În același timp, prețul ceramicii din carbură de siliciu este moderat și rentabil, fiind unul dintre cele mai promițătoare materiale de protecție a blindajelor de înaltă performanță.
Ceramica din carbură de siliciu are un spațiu larg de dezvoltare în domeniul protecției blindajelor, iar aplicațiile sale în domeniul echipamentelor individuale și al vehiculelor speciale tind să fie diversificate. Atunci când este utilizată ca material de protecție pentru blindaje, având în vedere costul, ocaziile speciale de aplicare și alți factori, este de obicei un mic aranjament de panouri ceramice și o placă spate compozită lipite într-o placă țintă compozită ceramică, pentru a depăși defectarea ceramicii din cauza solicitării de tracțiune și pentru a se asigura că penetrarea proiectilului sparge doar o singură piesă fără a deteriora întreaga blindaj.
Ceramică antiglonț din carbură de bor
Carbura de bor are o duritate comparabilă cu cea a materialelor superdure, similară cu diamantul și nitrura de bor cubică, având o duritate de până la 3000 kg/mm²; densitatea este mică, doar 2,52 g/cm³, adică 1/3 din cea a oțelului; modul de elasticitate ridicat, 450 GPa; punct de topire ridicat, aproximativ 2447 ℃; coeficientul de dilatare termică este scăzut, iar conductivitatea termică este ridicată. În plus, carbura de bor are o stabilitate chimică bună, rezistență la coroziune acidă și alcalină, la temperatura camerei nu reacționează cu acidul și baza și cu majoritatea lichidelor anorganice, doar că în amestecul de acid fluorhidric-acid sulfuric și acid fluorhidric-acid azotic are o coroziune lentă; majoritatea metalelor topite nu se umezesc, nu reacționează. Carbura de bor are, de asemenea, o bună capacitate de absorbție a neutronilor, ceea ce nu este disponibil în alte materiale ceramice. B4C are cea mai mică densitate dintre mai multe ceramice de blindaj utilizate în mod obișnuit, combinată cu un modul de elasticitate ridicat, ceea ce o face o alegere bună pentru materialele din domeniul blindajului militar și al spațiului. Principala problemă a B4C este că este scump (de aproximativ 10 ori mai scump decât alumina) și fragil, ceea ce limitează aplicarea sa pe scară largă ca armură de protecție monofazată.
⑤Metoda de preparare a ceramicii antiglonț.
| Tehnologia de preparare | Caracteristicile procesului | |
| Avantaj | ||
| Sinterizare prin presare la cald | Cu o temperatură de sinterizare scăzută și un timp de sinterizare scurt, se pot obține ceramică cu granulație fină, densitate relativă mare și proprietăți mecanice bune. | |
| Sinterizare la presiune super-înaltă | Obțineți sinterizare rapidă, la temperatură scăzută, cu o rată de densificare crescută. | |
| Sinterizare prin presare izostatică la cald | Ceramica cu performanțe ridicate și forme complexe poate fi preparată prin temperatură scăzută de sinterizare, timp scurt de rapire și contracție uniformă a corpului deteriorat. | |
| Sinterizarea la microunde | Densificare rapidă, încălzire uniformă cu gradient zero, îmbunătățirea structurii materialului, îmbunătățirea performanței materialelor, eficiență ridicată și economisirea energiei. | |
| Sinterizarea prin descărcare cu plasmă | Timpul de sinterizare este scurt, temperatura de sinterizare este scăzută, performanța ceramicii este bună, iar densitatea materialului cu gradient de sinterizare de înaltă energie este mare. | |
| Metoda de topire cu fascicul de plasmă | Materia primă sub formă de pulbere este complet topită, nu este restricționată de dimensiunea particulelor pulberii, nu necesită un flux cu punct de topire scăzut, iar produsul are o structură densă. | |
| Sinterizarea prin reacție | Tehnologie de fabricație aproape de dimensiunea netă, proces simplu, cost redus, poate prepara piese de dimensiuni mari și forme complexe. | |
| Sinterizare fără presiune | Produsul are performanțe excelente la temperaturi ridicate, un proces de sinterizare simplu și un cost redus. Există multe metode de formare adecvate, care pot fi utilizate pentru piese mari, complexe și groase, și sunt, de asemenea, potrivite pentru producția industrială la scară largă. | |
| Sinterizarea în fază lichidă | Temperatură scăzută de sinterizare, porozitate redusă, granulație fină, densitate mare, rezistență mare | |
| Tehnologia de preparare | Caracteristicile procesului | |
| Dezavantaj | ||
| Sinterizare prin presare la cald | Procesul este mai complex, cerințele privind materialele și echipamentele pentru matriță sunt ridicate, eficiența producției este scăzută, costul de producție este ridicat, iar forma poate fi preparată doar cu produse simple. | |
| Sinterizare la presiune super-înaltă | Poate prepara doar produse cu forme simple, producție redusă, investiții mari în echipamente, condiții de sinterizare ridicate și consum ridicat de energie. În prezent, se află doar în stadiul de cercetare. | |
| Sinterizare prin presare izostatică la cald | Costul echipamentului este ridicat, iar dimensiunea piesei de prelucrat este limitată | |
| Sinterizarea la microunde | Tehnologia teoretică necesită îmbunătățiri, echipamentele lipsesc și nu au fost aplicate pe scară largă | |
| Sinterizarea prin descărcare cu plasmă | Teoria de bază trebuie îmbunătățită, procesul este complex, iar costul este ridicat, ceea ce nu a fost industrializat. | |
| Metoda de topire cu fascicul de plasmă | Nu au fost atinse cerințe ridicate de echipamente pentru o aplicare pe scară largă. | |
| Sinterizarea prin reacție | Siliciul rezidual reduce proprietățile mecanice la temperaturi ridicate, rezistența la coroziune și rezistența la oxidare a materialului. | |
| Sinterizare fără presiune | Temperatura de sinterizare este ridicată, există o anumită porozitate, rezistența este relativ scăzută și există o contracție volumică de aproximativ 15%. | |
| Sinterizarea în fază lichidă | Este predispus la deformare, contracție mare și precizie dimensională dificil de controlat. | |
| Ceramică |
| AL2O3.B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| B4 C .Sic |
| AL2O3.B4 C .Sic |
| .Sic |
Modernizare ceramică antiglonț
Deși potențialul antiglonț al carburii de siliciu și al carburii de bor este foarte mare, problema rezistenței la fractură și a fragilității reduse a ceramicii monofazate nu poate fi ignorată. Dezvoltarea științei și tehnologiei moderne a impus cerințe pentru funcționalitatea și economia ceramicii antiglonț: multifuncționalitate, performanță ridicată, greutate redusă, cost redus și siguranță. Prin urmare, în ultimii ani, experții și cercetătorii speră să obțină întărirea, greutatea redusă și rentabilitatea ceramicii prin micro-ajustare, inclusiv compozite ceramice multi-componente, ceramică cu gradient funcțional, design structural stratificat etc., astfel de blindaje fiind ușoare în comparație cu blindajul actual și îmbunătățind mai bine performanța mobilă a unităților de luptă.
Ceramica cu grad funcționalitate prezintă modificări regulate ale proprietăților materialelor prin design microcosmic. De exemplu, borura de titan, titanul metalic și oxidul de aluminiu, carbura de siliciu, carbura de bor, nitrura de siliciu și metalul aluminiu, precum și alte sisteme compozite metal/ceramică, au performanța schimbării gradientului de-a lungul poziției grosimii, adică, preparând o tranziție de duritate ridicată la ceramică antiglonț cu tenacitate ridicată.
Ceramica multifazică nanometrică este compusă din particule de dispersie submicronice sau nanometrice adăugate la matricea ceramicii. Duritatea, tenacitatea și rezistența ceramicii, cum ar fi SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC etc., prezintă o anumită îmbunătățire. Se raportează că țările occidentale studiază sinterizarea pulberii la scară nanometrică pentru a prepara ceramică cu o dimensiune a granulelor de zeci de nanometri pentru a obține rezistența și tenacitatea materialului, iar ceramica antiglonț se așteaptă să realizeze un progres major în acest sens.
Rezumatul
Indiferent dacă este vorba de ceramică monofazică sau multifazică, cele mai bune materiale ceramice antiglonț sau inseparabile de carbura de siliciu, carbura de bor este un material de bază. În special pentru materialele din carbură de bor, odată cu dezvoltarea tehnologiei de sinterizare, proprietățile excelente ale ceramicii din carbură de bor devin din ce în ce mai proeminente, iar aplicațiile lor în domeniul antiglonț vor fi dezvoltate în continuare.
Data publicării: 14 decembrie 2023