③El material cerámico a prueba de balas más utilizado.
Desde el siglo XXI, las cerámicas a prueba de balas se han desarrollado rápidamente y existen muchos tipos, incluida la alúmina, el carburo de silicio, el carburo de boro, el nitruro de silicio, el boruro de titanio, etc., entre los que se encuentran las cerámicas de alúmina (Al₂O₃), las cerámicas de carburo de silicio (SiC), Las cerámicas de carburo de boro (B4C) son las más utilizadas.
Las cerámicas de alúmina tienen la densidad más alta, pero la dureza es relativamente baja, el umbral de procesamiento es bajo, el precio es bajo, según la pureza se divide en cerámicas de alúmina 85/90/95/99, la dureza y el precio correspondientes también aumentan. Sucesivamente.
| Materiales | Densidad /(kg*m²) | Modulos elasticos / (GN*m²) | HV | Equivalente al precio de la alúmina. |
| Carburo de boro | 2500 | 400 | 30000 | X10 |
| Óxido de aluminio | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| diboruro de titanio | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Carburo de silicio | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Recubrimiento de oxidación | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Cerámica de vidrio | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Nitrido de silicona | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Comparación de propiedades de diferentes cerámicas antibalas.
La densidad de la cerámica de carburo de silicio es relativamente baja, alta dureza, es una cerámica estructural rentable, por lo que también es la cerámica a prueba de balas más utilizada en China.
Las cerámicas de carburo de boro tienen la densidad más baja y la dureza más alta entre estas cerámicas, pero al mismo tiempo, sus requisitos de tecnología de procesamiento también son muy altos, lo que requiere sinterización a alta temperatura y alta presión, por lo que el costo también es el más alto entre estas tres cerámicas.
En comparación con estos tres materiales cerámicos a prueba de balas más comunes, las cerámicas a prueba de balas de alúmina tienen el costo más bajo, pero el rendimiento a prueba de balas es mucho menor que el del carburo de silicio y el carburo de boro, por lo que las unidades de producción nacional actuales de cerámicas a prueba de balas en carburo de silicio y carburo de boro a prueba de balas, mientras Las cerámicas de alúmina son raras.Sin embargo, la alúmina monocristalina se puede utilizar para preparar cerámicas transparentes, que se utilizan ampliamente como materiales transparentes con funciones ligeras y se aplican en equipos militares como máscaras antibalas para soldados individuales, ventanas de detección de misiles, ventanas de observación de vehículos y periscopios submarinos.
④Dos de los materiales cerámicos a prueba de balas más populares.
Cerámica a prueba de balas de carburo de silicio
El enlace covalente de carburo de silicio es muy fuerte y aún tiene una unión de alta resistencia a altas temperaturas.Esta característica estructural confiere a las cerámicas de carburo de silicio una excelente resistencia, alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica, buena resistencia al choque térmico y otras propiedades.Al mismo tiempo, el precio de la cerámica de carburo de silicio es moderado, rentable y es uno de los materiales de protección de armadura de alto rendimiento más prometedores.
Las cerámicas de carburo de silicio tienen un amplio espacio de desarrollo en el campo de la protección de blindajes, y sus aplicaciones en el campo de equipos individuales y vehículos especiales tienden a diversificarse.Cuando se utiliza como material de armadura protectora, considerando el costo y las ocasiones de aplicación especiales y otros factores, generalmente es una pequeña disposición de paneles cerámicos y una placa posterior compuesta unida a una placa objetivo compuesta de cerámica, para superar la falla de la cerámica debido a la tensión de tracción, y para garantizar que la penetración del proyectil solo rompa una sola pieza sin dañar toda la armadura.
Cerámica a prueba de balas de carburo de boro
El carburo de boro es la dureza de los materiales conocidos después del diamante y el material superduro de nitruro de boro cúbico, dureza de hasta 3000 kg/mm²;La densidad es baja, sólo 2,52 g/cm³, que es 1/3 de la del acero;Alto módulo elástico, 450GPa;Alto punto de fusión, aproximadamente 2447 ℃;El coeficiente de expansión térmica es bajo y la conductividad térmica es alta.Además, el carburo de boro tiene buena estabilidad química, resistencia a la corrosión ácida y alcalina, a temperatura ambiente no reacciona con ácidos y bases y la mayoría de los líquidos compuestos inorgánicos, solo en ácido fluorhídrico-ácido sulfúrico, el líquido mixto de ácido fluorhídrico-ácido nítrico tiene una corrosión lenta. ;Y la mayoría de los metales fundidos no se humedecen, no actúan.El carburo de boro también tiene una buena capacidad para absorber neutrones, algo que no está disponible en otros materiales cerámicos.B4C tiene la densidad más baja de varias cerámicas de armadura de uso común, combinada con un alto módulo de elasticidad, lo que la convierte en una buena opción para materiales en los campos de armadura militar y espacial.El principal problema del B4C es que es caro (unas 10 veces más que la alúmina) y frágil, lo que limita su amplia aplicación como armadura protectora monofásica.
⑤Método de preparación de cerámicas a prueba de balas.
| Tecnología de preparación | Características del proceso | |
| Ventaja | ||
| Sinterización por prensa caliente | Con una temperatura de sinterización baja y un tiempo de sinterización corto, se pueden obtener cerámicas con grano fino y alta densidad relativa y buenas propiedades mecánicas. | |
| Sinterización a muy alta presión | Logre una sinterización rápida a baja temperatura y aumente la tasa de densificación. | |
| Sinterización por prensado isostático en caliente | Se pueden preparar cerámicas con alto rendimiento y formas complejas mediante una temperatura de sinterización baja, un tiempo de golpe corto y una contracción uniforme del cuerpo defectuoso. | |
| Sinterización por microondas | Densificación rápida, calentamiento uniforme de gradiente cero, mejora la estructura del material, mejora el rendimiento del material, alta eficiencia y ahorro de energía. | |
| Sinterización por plasma de descarga | El tiempo de sinterización es corto, la temperatura de sinterización es baja, el rendimiento cerámico es bueno y la densidad del material de gradiente de sinterización de alta energía es alta. | |
| Método de fusión por haz de plasma | La materia prima en polvo está completamente derretida, no está restringida por el tamaño de partícula del polvo, no necesita un flujo de punto de fusión bajo y el producto tiene una estructura densa. | |
| Sinterización de reacción | Tecnología de fabricación cercana al tamaño neto, proceso simple, bajo costo, puede preparar piezas de formas complejas y de gran tamaño. | |
| Sinterización sin presión | El producto tiene un excelente rendimiento a altas temperaturas, un proceso de sinterización sencillo y un bajo coste.Existen muchos métodos de conformado adecuados, que pueden usarse para piezas grandes, complejas y gruesas, y también adecuados para la producción industrial a gran escala. | |
| Sinterización en fase líquida | Baja temperatura de sinterización, baja porosidad, grano fino, alta densidad, alta resistencia | |
| Tecnología de preparación | Características del proceso | |
| Desventaja | ||
| Sinterización por prensa caliente | El proceso es más complejo, los materiales del molde y los requisitos de equipo son altos, la eficiencia de producción es baja, el costo de producción es alto y la forma solo se puede preparar con productos simples. | |
| Sinterización a muy alta presión | Sólo se pueden preparar productos con formas simples, baja producción, alta inversión en equipos, altas condiciones de sinterización y alto consumo de energía.Actualmente sólo se encuentra en etapa de investigación. | |
| Sinterización por prensado isostático en caliente | El costo del equipo es alto y el tamaño de la pieza a procesar es limitado. | |
| Sinterización por microondas | La tecnología teórica necesita mejoras, falta equipo y no se ha aplicado ampliamente | |
| Sinterización por plasma de descarga | Es necesario mejorar la teoría básica, el proceso es complejo y el costo alto, que no se ha industrializado. | |
| Método de fusión por haz de plasma | No se han logrado altos requisitos de equipamiento para una aplicación generalizada. | |
| Sinterización de reacción | El silicio residual reduce las propiedades mecánicas de alta temperatura, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación del material. | |
| Sinterización sin presión | La temperatura de sinterización es alta, hay cierta porosidad, la resistencia es relativamente baja y hay aproximadamente un 15% de contracción del volumen. | |
| Sinterización en fase líquida | Es propenso a la deformación, gran contracción y difícil de controlar la precisión dimensional. | |
| Cerámico |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| AL2O3 |
| B4 C .Sic |
| AL2O3 .B4 C .Sic |
| .Sic |
Actualización de cerámica a prueba de balas
Aunque el potencial a prueba de balas del carburo de silicio y el carburo de boro es muy grande, no se puede ignorar el problema de la tenacidad a la fractura y la escasa fragilidad de las cerámicas monofásicas.El desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas ha planteado requisitos para la funcionalidad y economía de la cerámica antibalas: multifunción, alto rendimiento, peso ligero, bajo costo y seguridad.Por lo tanto, en los últimos años, expertos y académicos esperan lograr el fortalecimiento, el peso ligero y la economía de la cerámica mediante microajustes, incluidos compuestos de sistemas cerámicos multicomponentes, cerámicas de gradiente funcional, diseño de estructuras en capas, etc., y dicha armadura es liviana en peso en comparación con la armadura actual y mejorará aún más el rendimiento móvil de las unidades de combate.
Las cerámicas clasificadas funcionalmente muestran cambios regulares en las propiedades del material a través del diseño microcósmico.Por ejemplo, boruro de titanio y metal de titanio y óxido de aluminio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de silicio y aluminio metálico y otros sistemas compuestos de metal/cerámica, el rendimiento del cambio de gradiente a lo largo de la posición del espesor, es decir, la preparación de alta dureza. transición a cerámicas a prueba de balas de alta tenacidad.
Las cerámicas multifásicas nanométricas están compuestas de partículas de dispersión submicrónicas o nanométricas agregadas a la matriz cerámica.Como SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, etc., la dureza, tenacidad y resistencia de las cerámicas tienen cierta mejora.Se informa que los países occidentales están estudiando la sinterización de polvo a nanoescala para preparar cerámicas con un tamaño de grano de decenas de nanómetros para lograr resistencia y tenacidad del material, y se espera que las cerámicas a prueba de balas logren un gran avance en este sentido.
Resumir
Ya sean cerámicas monofásicas o multifásicas, los mejores materiales cerámicos a prueba de balas o inseparables del carburo de silicio, el carburo de boro, estos dos materiales.Especialmente para los materiales de carburo de boro, con el desarrollo de la tecnología de sinterización, las excelentes propiedades de las cerámicas de carburo de boro se están volviendo cada vez más prominentes y sus aplicaciones en el campo de la protección contra balas se desarrollarán aún más.
Hora de publicación: 14-dic-2023