③O material cerâmico à prova de balas mais comumente usado
Desde o século 21, a cerâmica à prova de balas desenvolveu-se rapidamente e existem muitos tipos, incluindo alumina, carboneto de silício, carboneto de boro, nitreto de silício, boreto de titânio, etc., entre os quais cerâmica de alumina (Al₂O₃), cerâmica de carboneto de silício (SiC), cerâmicas de carboneto de boro (B4C) são as mais amplamente utilizadas.
A cerâmica de alumina tem a densidade mais alta, mas a dureza é relativamente baixa, o limite de processamento é baixo, o preço é baixo, de acordo com a pureza é dividido em cerâmica de alumina 85/90/95/99, a dureza e o preço correspondentes também são aumentados por sua vez.
| Materiais | Densidade /(kg*m²) | Módulo elástico / (GN*m²) | HV | Equivalente ao preço da alumina |
| Carboneto de boro | 2500 | 400 | 30.000 | X 10 |
| Óxido de alumínio | 3800 | 340 | 15.000 | 1 |
| Diboreto de titânio | 4500 | 570 | 33.000 | X10 |
| Carboneto de silício | 3200 | 370 | 27.000 | X5 |
| Revestimento de oxidação | 2800 | 415 | 12.000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27.500 | X7 |
| Cerâmica de vidro | 2500 | 100 | 6.000 | 1 |
| Nitreto de silício | 3200 | 310 | 17.000 | X5 |
Comparação de propriedades de diferentes cerâmicas à prova de balas
A densidade da cerâmica de carboneto de silício é relativamente baixa, alta dureza, é uma cerâmica estrutural econômica, por isso é também a cerâmica à prova de balas mais amplamente utilizada na China.
As cerâmicas de carboneto de boro apresentam a menor densidade e a maior dureza entre essas cerâmicas, mas, ao mesmo tempo, seus requisitos de tecnologia de processamento também são muito elevados, exigindo sinterização em alta temperatura e alta pressão, portanto o custo também é o mais alto entre essas três cerâmicas.
Em comparação com esses três materiais cerâmicos à prova de balas mais comuns, a cerâmica à prova de balas de alumina tem o menor custo, mas o desempenho à prova de balas é muito menor do que o carboneto de silício e o carboneto de boro, portanto, as atuais unidades de produção doméstica de cerâmica à prova de balas em carboneto de silício e carboneto de boro à prova de balas, enquanto cerâmicas de alumina são raras.No entanto, a alumina monocristalina pode ser usada para preparar cerâmicas transparentes, que são amplamente utilizadas como materiais transparentes com funções de luz e são aplicadas em equipamentos militares, como máscaras à prova de balas de soldados individuais, janelas de detecção de mísseis, janelas de observação de veículos e periscópios submarinos.
④Dois dos materiais cerâmicos à prova de balas mais populares
Cerâmica à prova de balas de carboneto de silício
A ligação covalente de carboneto de silício é muito forte e ainda possui ligação de alta resistência em altas temperaturas.Esta característica estrutural confere à cerâmica de carboneto de silício excelente resistência, alta dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, alta condutividade térmica, boa resistência ao choque térmico e outras propriedades.Ao mesmo tempo, o preço da cerâmica de carboneto de silício é moderado, econômico e é um dos materiais de proteção de armadura de alto desempenho mais promissores.
As cerâmicas de carboneto de silício têm amplo espaço de desenvolvimento na área de proteção de blindagem, e suas aplicações na área de equipamentos individuais e veículos especiais tendem a ser diversificadas.Quando usado como material de armadura protetora, considerando o custo e ocasiões especiais de aplicação e outros fatores, geralmente é um pequeno arranjo de painéis cerâmicos e backplane composto colado em placa alvo composta cerâmica, para superar a falha da cerâmica devido à tensão de tração, e para garantir que a penetração do projétil quebre apenas uma peça sem danificar toda a armadura.
Cerâmica à prova de balas de carboneto de boro
Carboneto de boro é a dureza de materiais conhecidos após diamante e material superduro de nitreto cúbico de boro, dureza de até 3000kg/mm²;A densidade é baixa, apenas 2,52g/cm³, que é 1/3 do aço;Alto módulo elástico, 450GPa;Alto ponto de fusão, cerca de 2.447 ℃;O coeficiente de expansão térmica é baixo e a condutividade térmica é alta.Além disso, o carboneto de boro tem boa estabilidade química, resistência à corrosão ácida e alcalina, à temperatura ambiente não reage com ácido e base e a maioria dos líquidos compostos inorgânicos, apenas em ácido fluorídrico-ácido sulfúrico, o líquido misto de ácido fluorídrico-ácido nítrico tem corrosão lenta ;E a maioria dos metais fundidos não umedecem, não agem.O carboneto de boro também possui uma boa capacidade de absorver nêutrons, o que não está disponível em outros materiais cerâmicos.B4C tem a densidade mais baixa de várias cerâmicas de blindagem comumente usadas, combinada com um alto módulo de elasticidade, tornando-o uma boa escolha para materiais nas áreas de blindagem militar e espacial.O principal problema do B4C é que ele é caro (cerca de 10 vezes o da alumina) e frágil, o que limita sua ampla aplicação como armadura protetora monofásica.
⑤Método de preparação de cerâmica à prova de balas.
| Tecnologia de preparação | Características do processo | |
| Vantagem | ||
| Sinterização por prensagem a quente | Com baixa temperatura de sinterização e curto tempo de sinterização, podem ser obtidas cerâmicas com grão fino e alta densidade relativa e boas propriedades mecânicas. | |
| Sinterização de super alta pressão | Obtenha sinterização rápida e em baixa temperatura e aumente a taxa de densificação. | |
| Sinterização por prensagem isostática a quente | Cerâmicas com alto desempenho e formato complexo podem ser preparadas por baixa temperatura de sinterização, curto tempo de batida e encolhimento uniforme do corpo ruim. | |
| Sinterização por microondas | Densificação rápida, aquecimento uniforme com gradiente zero, melhora a estrutura do material, melhora o desempenho do material, alta eficiência e economia de energia. | |
| Sinterização por plasma de descarga | O tempo de sinterização é curto, a temperatura de sinterização é baixa, o desempenho da cerâmica é bom e a densidade do material gradiente de sinterização de alta energia é alta. | |
| Método de fusão por feixe de plasma | A matéria-prima em pó é totalmente derretida, não é restringida pelo tamanho das partículas do pó, não necessita de fluxo de baixo ponto de fusão e o produto possui uma estrutura densa. | |
| Sinterização de reação | Tecnologia de fabricação próxima do tamanho líquido, processo simples, baixo custo, pode preparar peças de tamanho grande e formato complexo. | |
| Sinterização sem pressão | O produto possui excelente desempenho em altas temperaturas, processo de sinterização simples e baixo custo.Existem muitos métodos de conformação adequados, que podem ser usados para peças grandes complexas e espessas, e também adequados para produção industrial em grande escala. | |
| Sinterização em fase líquida | Baixa temperatura de sinterização, baixa porosidade, grão fino, alta densidade, alta resistência | |
| Tecnologia de preparação | Características do processo | |
| Desvantagem | ||
| Sinterização por prensagem a quente | O processo é mais complexo, os requisitos de materiais e equipamentos do molde são altos, a eficiência da produção é baixa, o custo de produção é alto e a forma só pode ser preparada com produtos simples. | |
| Sinterização de super alta pressão | Só é possível preparar produtos com formatos simples, baixa produção, alto investimento em equipamentos, altas condições de sinterização e alto consumo de energia.Atualmente, está apenas em fase de pesquisa | |
| Sinterização por prensagem isostática a quente | O custo do equipamento é alto e o tamanho da peça a ser processada é limitado | |
| Sinterização por microondas | A tecnologia teórica precisa de melhorias, falta equipamento e não tem sido amplamente aplicada | |
| Sinterização por plasma de descarga | A teoria básica precisa ser aprimorada, o processo é complexo e o custo é alto, o que não foi industrializado. | |
| Método de fusão por feixe de plasma | Altos requisitos de equipamento não foram alcançados para aplicação generalizada. | |
| Sinterização de reação | O silício residual reduz as propriedades mecânicas de alta temperatura, a resistência à corrosão e a resistência à oxidação do material. | |
| Sinterização sem pressão | A temperatura de sinterização é alta, há uma certa porosidade, a resistência é relativamente baixa e há cerca de 15% de encolhimento de volume. | |
| Sinterização em fase líquida | É propenso a deformação, grande encolhimento e dificuldade de controlar a precisão dimensional | |
| Cerâmica |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| .SiC |
Atualização de cerâmica à prova de balas
Embora o potencial à prova de balas do carboneto de silício e do carboneto de boro seja muito grande, o problema da tenacidade à fratura e da baixa fragilidade da cerâmica monofásica não pode ser ignorado.O desenvolvimento da ciência e da tecnologia modernas apresentou requisitos para a funcionalidade e economia da cerâmica à prova de balas: multifuncional, alto desempenho, peso leve, baixo custo e segurança.Portanto, nos últimos anos, especialistas e estudiosos esperam alcançar o fortalecimento, leveza e economia da cerâmica por meio de microajuste, incluindo compósito de sistema cerâmico multicomponente, cerâmica gradiente funcional, design de estrutura em camadas, etc., e tal armadura é leve em peso em comparação com a armadura atual e melhorar melhor o desempenho móvel das unidades de combate.
Cerâmicas com classificação funcional mostram mudanças regulares nas propriedades do material através do design microcósmico.Por exemplo, boreto de titânio e metal de titânio e óxido de alumínio, carboneto de silício, carboneto de boro, nitreto de silício e alumínio metálico e outros sistemas compósitos de metal/cerâmica, o desempenho da mudança de gradiente ao longo da posição da espessura, ou seja, a preparação de alta dureza transição para cerâmica à prova de balas de alta tenacidade.
As cerâmicas multifásicas nanométricas são compostas de partículas de dispersão submicrométricas ou nanométricas adicionadas à cerâmica da matriz.Como SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, etc., a dureza, tenacidade e resistência da cerâmica apresentam uma certa melhoria.É relatado que os países ocidentais estão estudando a sinterização de pó em nanoescala para preparar cerâmicas com um tamanho de grão de dezenas de nanômetros para obter resistência e tenacidade do material, e espera-se que a cerâmica à prova de balas alcance um grande avanço nesse sentido.
Resumir
Quer se trate de cerâmica monofásica ou cerâmica multifásica, os melhores materiais cerâmicos à prova de balas ou inseparáveis do carboneto de silício, o carboneto de boro, esses dois materiais.Especialmente para materiais de carboneto de boro, com o desenvolvimento da tecnologia de sinterização, as excelentes propriedades da cerâmica de carboneto de boro estão se tornando cada vez mais proeminentes, e suas aplicações no campo da prova de balas serão desenvolvidas ainda mais.
Horário da postagem: 14 de dezembro de 2023