Это керамика, используемая для изготовления пуленепробиваемых пластин.

③Наиболее часто используемыйпуленепробиваемыйкерамический материал

Начиная с XXI века, пуленепробиваемая керамика стремительно развивается, и существует множество её разновидностей, включая оксид алюминия, карбид кремния, карбид бора, нитрид кремния, борид титана и др., среди которых наиболее широко используются керамика из оксида алюминия (Al₂O₃), керамика из карбида кремния (SiC) и керамика из карбида бора (B4C).

Алюмооксидная керамика обладает самой высокой плотностью, но относительно низкой твердостью, низким порогом обработки и низкой ценой. В зависимости от чистоты ее делят на керамику 85/90/95/99, при этом соответствующая твердость и цена также возрастают.

Сравнение свойств различных пуленепробиваемых керамических материалов

Керамика из карбида кремния отличается относительно низкой плотностью, высокой твердостью и является экономически выгодным конструкционным материалом, поэтому она также является наиболее широко используемой пуленепробиваемой керамикой в ​​Китае.

Керамика на основе карбида бора обладает самой низкой плотностью и самой высокой твердостью среди этих видов керамики, но в то же время к технологиям ее обработки предъявляются очень высокие требования, включая высокотемпературное и высокодавленческое спекание, поэтому и стоимость у нее самая высокая среди этих трех видов керамики.

По сравнению с тремя наиболее распространенными пуленепробиваемыми керамическими материалами, глиноземная пуленепробиваемая керамика имеет самую низкую стоимость, но ее пуленепробиваемость значительно ниже, чем у карбида кремния и карбида бора. Поэтому в настоящее время в стране производят пуленепробиваемую керамику из карбида кремния и карбида бора, а глиноземная керамика встречается редко. Однако из монокристаллического глинозема можно изготавливать прозрачную керамику, которая широко используется в качестве прозрачных материалов со светоотражающими свойствами и применяется в военной технике, например, в индивидуальных бронезащитных масках солдат, окнах обнаружения ракет, окнах наблюдения транспортных средств и перископах подводных лодок.

④Два самых популярных пуленепробиваемых керамических материала

Бронекерамика из карбида кремния

Ковалентная связь в карбиде кремния очень прочная и сохраняет высокую прочность даже при высоких температурах. Эта структурная особенность обеспечивает керамике из карбида кремния превосходную прочность, высокую твердость, износостойкость, коррозионную стойкость, высокую теплопроводность, хорошую термостойкость и другие свойства. В то же время, цена керамики из карбида кремния умеренная, экономически выгодная, что делает ее одним из наиболее перспективных высокоэффективных материалов для бронезащиты.

Керамика из карбида кремния имеет широкий потенциал развития в области бронезащиты, и ее применение в области индивидуальной экипировки и специальной техники становится все более разнообразным. При использовании в качестве защитного бронематериала, с учетом стоимости, особенностей применения и других факторов, обычно используется небольшое расположение керамических панелей и композитной подложки, соединенных в керамическую композитную мишень, чтобы преодолеть разрушение керамики из-за растягивающего напряжения и обеспечить разрушение при попадании снаряда только одной детали без повреждения всей брони.

Пуленепробиваемая керамика на основе карбида бора

Карбид бора по твердости уступает известным материалам после алмаза и кубического нитрида бора, достигая твердости до 3000 кг/мм²; плотность низкая, всего 2,52 г/см³, что составляет 1/3 от стали; высокий модуль упругости, 450 ГПа; высокая температура плавления, около 2447 ℃; низкий коэффициент теплового расширения и высокая теплопроводность. Кроме того, карбид бора обладает хорошей химической стабильностью, устойчивостью к кислотной и щелочной коррозии, при комнатной температуре не реагирует с кислотами, основаниями и большинством неорганических соединений в жидком состоянии, медленную коррозию проявляет только в смесях фтористоводородной, серной и азотной кислот; большинство расплавленных металлов не смачиваются и не вступают с ними в реакцию. Карбид бора также обладает хорошей способностью поглощать нейтроны, чего нет у других керамических материалов. B4C обладает самой низкой плотностью среди нескольких широко используемых бронекерамических материалов, а также высоким модулем упругости, что делает его хорошим выбором для материалов в военной бронетехнике и космической отрасли. Главная проблема B4C заключается в его высокой стоимости (примерно в 10 раз выше, чем у оксида алюминия) и хрупкости, что ограничивает его широкое применение в качестве однофазной защитной брони.

⑤ Способ изготовления пуленепробиваемой керамики.

Улучшение пуленепробиваемой керамики

Несмотря на огромный пуленепробиваемый потенциал карбида кремния и карбида бора, нельзя игнорировать проблему низкой трещиностойкости и хрупкости однофазной керамики. Развитие современной науки и техники поставило перед пуленепробиваемой керамикой следующие требования: многофункциональность, высокая производительность, малый вес, низкая стоимость и безопасность. Поэтому в последние годы специалисты и ученые стремятся к упрочнению, снижению веса и экономичности керамики за счет микрокорректировки, включая многокомпонентные керамические композиты, функциональную градиентную керамику, многослойную структуру и т. д., чтобы такая броня была легче по сравнению с современной броней и лучше повышала мобильность боевых подразделений.

Функционально-градиентная керамика демонстрирует закономерное изменение свойств материала за счет микроскопического проектирования. Например, в случае борида титана, металлического титана и оксида алюминия, карбида кремния, карбида бора, нитрида кремния и металлического алюминия, а также других металлокерамических композитных систем, градиентные характеристики изменяются по толщине, то есть, достигается переход от высокотвердой к высокопрочной пуленепробиваемой керамике.

Нанометровые многофазные керамические материалы состоят из субмикронных или нанометровых дисперсионных частиц, добавленных в матрицу керамики. Например, SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC и др., что позволяет добиться определенного улучшения твердости, ударной вязкости и прочности керамики. Сообщается, что в западных странах изучают спекание наноразмерного порошка для получения керамики с размером зерна в десятки нанометров с целью достижения высокой прочности и ударной вязкости материала, и ожидается, что пуленепробиваемая керамика совершит большой прорыв в этом направлении.

Подведем итоги

Будь то однофазная или многофазная керамика, лучшие пуленепробиваемые керамические материалы или неотделимые от карбида кремния, карбид бора — все это относится к обоим типам материалов. Особенно это касается материалов на основе карбида бора: с развитием технологии спекания превосходные свойства керамики из карбида бора становятся все более очевидными, и ее применение в области пуленепробиваемости будет расширяться.