Cerámica de alúmina a prueba de balas | Descubre los secretos de los materiales cerámicos de armadura a prueba de balas

Cerámica de alúmina a prueba de balas | Descubre los secretos de los materiales cerámicos de armadura a prueba de balas



En el primer tanque de batalla principal, la velocidad inicial del proyectil perforante de armadura de energía cinética de alta velocidad de aleación de tungsteno era tan alta como 1700 ~ 1800 m / s, y podía penetrar la placa de armadura homogénea de 800 mm a una distancia de 1000 m; El poder de ruptura de la armadura del proyectil perforante de armadura de carga de precisión equipado con el tanque de batalla principal de tercera generación actual puede penetrar la placa de acero de armadura homogénea de 1200 ~ 1500 mm.zjwelahead.comMore about bulletproofCerámica de alúmina a prueba de balas
Con la mejora gradual de los materiales y propiedades de los proyectiles, los materiales de armadura se enfrentan a grandes desafíos. Frente a la cada vez más amenazante "lanza", debemos lanzar un "escudo" indestructible para mejorar el rendimiento de la protección militar y el nivel de seguridad. Esta demanda promueve el desarrollo acelerado y la amplia aplicación de armaduras compuestas, y uno de los materiales importantes son los materiales cerámicos a prueba de balas de alto rendimiento. ¿Cuál es el principio a prueba de balas de los materiales cerámicos? El principio básico de la protección de la armadura es consumir energía de proyectil, ralentizar el proyectil y lograr la inocuidad. La mayoría de los materiales de ingeniería tradicionales, como los materiales metálicos, absorben energía a través de la deformación plástica estructural, mientras que los materiales cerámicos absorben energía a través del proceso de micromolada. El proceso de absorción de energía de la cerámica de armadura se puede dividir aproximadamente en tres etapas. (1) Etapa inicial de impacto: el proyectil impacta la superficie cerámica para embotar la ojiva y absorber energía en el proceso de trituración de la superficie cerámica para formar un área de fragmento pequeño y duro; (2) Etapa de erosión: el proyectil romo continúa erosionando el área del fragmento para formar una capa continua de fragmentos cerámicos; (3) Etapa de deformación, agrietamiento y fractura: finalmente, se genera tensión de tracción en la cerámica para romper la cerámica, y luego se deforma la placa posterior, y la energía restante es absorbida por la deformación del material de la placa posterior. En el proceso de impacto de proyectil en cerámica, tanto el proyectil como la cerámica se dañan. ¿Cuáles son los requisitos de la cerámica de armadura para las propiedades del material? Debido a la fragilidad de la cerámica en sí, se rompe en lugar de la deformación plástica cuando es impactada por un proyectil. Bajo carga de tracción, la fractura ocurre primero en lugares heterogéneos, como poros y límites de grano. Por lo tanto, para minimizar la concentración de micro estrés, las cerámicas de armadura deben ser cerámicas de alta calidad con baja porosidad (hasta el 99% de la densidad teórica) y estructura de grano fino.

Propiedades del material y su influencia en el rendimiento a prueba de balas. Según los datos, las propiedades mecánicas de la cerámica a prueba de balas deben ser: módulo elástico E ≤ 280gn / M 2 , dureza HV ≥ 2000, densidad ρ ≤ 3000kg / M 3 , el alto módulo elástico de la cerámica puede deformar y comprimir la ojiva durante el impacto, y la alta dureza garantiza que la ojiva sea arada y aplastada y absorba su energía cuando la ojiva penetra en la placa de cerámica. La simulación numérica muestra que entre los cinco parámetros del módulo de cizallamiento cerámico, el límite elástico, resistencia a la tracción, resistencia a la compresión y resistencia al daño, el coeficiente de protección de perforación de la armadura de la cerámica de alúmina es el más sensible al módulo de cizallamiento. Se espera que la mejora del módulo de cizallamiento cerámico sea la forma más efectiva de mejorar el rendimiento de protección de las cerámicas a prueba de balas a base de alúmina.
Efecto de tamaño de la cerámica
La cerámica a prueba de balas utilizada en la armadura compuesta puede ser cilíndrica, cuadrada y hexagonal. Entre ellos, la cerámica cilíndrica tiene la mejor capacidad a prueba de balas, pero hay grandes huecos; Los bloques de cerámica cuadrados tienen muchas costuras rectas con un rendimiento deficiente a prueba de balas, lo que afecta su rendimiento a prueba de balas; La cerámica hexagonal tiene buenas propiedades integrales, pero se requiere que la forma y el tamaño de los bloques cerámicos sean precisos.
Método de retención de cerámica
Cuando las cerámicas a prueba de balas son penetradas por proyectiles, solo cuando se mantiene su integridad de volumen y no expansión, pueden dar pleno juego a los diversos mecanismos de disipación de energía de la cerámica de alta energía antielástica. Los resultados muestran que bajo buenas restricciones, la resistencia a la penetración de la cerámica es mucho mejor que la de la cerámica sin restricciones. Cuatro
¿Cuáles son los materiales cerámicos utilizados para la protección de armaduras?
Los materiales cerámicos utilizados para la protección de la armadura incluyen principalmente alúmina, carburo de boro y carburo de silicio.
  1. Como compuesto de enlace iónico, la cerámica de alúmina tiene una fuerte fuerza de enlace químico, alto punto de fusión (2050 ° C), buena resistencia a la oxidación e inercia química. Los productos sinterizados tienen una superficie lisa, un tamaño estable y un precio bajo. Por lo tanto, son ampliamente utilizados en todo tipo de vehículos blindados y ropa militar y policial a prueba de balas. Sin embargo, la alta densidad, la baja dureza y la tenacidad a la fractura de Al2O3 hacen que su rendimiento a prueba de balas sea relativamente bajo.
  2. El carburo de boro es un compuesto de enlace covalente fuerte con enlace covalente de hasta el 93,9%. Tiene un alto punto de fusión y una dureza extraordinaria (35 ~ 45gpa), que es el segundo después del diamante y el nitruro de boro cúbico. En particular, su dureza casi constante a altas temperaturas y sus buenas propiedades mecánicas hacen de B4C uno de los materiales resistentes al desgaste a altas temperaturas con un gran potencial de desarrollo. B4C tiene la densidad más baja entre varias cerámicas de armadura de uso común, y su alto módulo elástico lo convierte en una buena opción para armaduras militares y materiales espaciales. Los principales problemas de B4C son su alto precio (unas 10 veces el de la alúmina) y su alta fragilidad, que limitan su amplia aplicación como blindaje protector monofásico.
  3. El carburo de silicio tiene un enlace covalente extremadamente fuerte y todavía tiene unión de alta resistencia a alta temperatura. Esta característica estructural le da a las cerámicas de carburo de silicio una excelente resistencia, alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y buena resistencia al choque térmico; Al mismo tiempo, las cerámicas de carburo de silicio tienen un precio moderado y un rendimiento de alto costo. Es uno de los materiales de protección de armadura de alto rendimiento más potenciales.

Propiedades cerámicas adecuadas para la fabricación de armaduras.
Tecnología de preparación y tendencia de tecnología de materiales de cerámica a prueba de balas típica
A partir de las características del proceso de preparación de material cerámico, se puede ver que en la actualidad, los procesos más maduros son la sinterización por reacción, la sinterización sin presión y la sinterización en fase líquida. Estos tres métodos de sinterización tienen un bajo costo de producción, un proceso de preparación simple y una alta posibilidad de producción en masa. La sinterización por prensado en caliente y la sinterización por prensado isostático en caliente están relativamente limitadas por el tamaño del producto, con un alto costo de producción y baja madurez. En general, la sinterización a ultra alta presión, la sinterización por microondas, la sinterización por plasma de descarga y la fusión por haz de plasma tienen la madurez más baja. Son métodos de preparación relativamente novedosos. Sin embargo, tienen altos requisitos de tecnología y equipo, alto costo de producción y baja viabilidad de realizar lotes. A menudo se utilizan en la etapa de exploración experimental.
Con la demanda de desarrollo de un sistema de blindaje ligero y eficiente, las ventajas de la cerámica a prueba de balas son cada vez más prominentes. Desde cerámicas monofásicas, cerámicas multifásicas hasta cerámicas compuestas de fibra, la tenacidad a la fractura de los materiales se mejora gradualmente y la capacidad de resistir múltiples golpes se actualiza constantemente. Con el desarrollo de la tecnología de preparación de materiales, se desarrollan y estudian continuamente nuevos materiales con mayor rendimiento. Los nanomateriales y las estructuras en capas proporcionan muchas opciones nuevas para que los diseñadores de materiales creen compuestos más exóticos para minimizar la expansión de la falla de impacto. Los nanotubos de carbono muestran una alta resistencia y rigidez, y los fullerenos inorgánicos tienen un gran potencial en la absorción de energía. Además del desarrollo de materiales, el diseño de nuevas armaduras compuestas también es otro punto de acceso a la investigación.
¿Cuáles son las formas técnicas de mejorar las propiedades de la cerámica a prueba de balas?
En la actualidad, las principales formas de mejorar el rendimiento de la cerámica a prueba de balas para armaduras protectoras son las siguientes:
Endurecimiento y fortalecimiento de la fibra La tensión de la fibra de SiC / cerámica compuesta de SiC se puede aumentar en 9 veces más que la de la cerámica de SiC pura; La tenacidad a la fractura del Si3N4 con fibra de carbono continua es más de 4 veces mayor que la del Si3N4 puro. Además, las cerámicas plásticas recientemente desarrolladas tienen un mejor rendimiento a prueba de balas que las cerámicas puras, y pueden soportar la penetración continua de múltiples proyectiles.
Dos
Materiales funcionalmente degradados
El material cerámico compuesto con cambio continuo de cerámica a metal se prepara mediante un método de proceso especial, que tiene un mejor rendimiento a prueba de balas que la armadura compuesta de placa de cerámica y placa de metal.
Tres
Tratamiento de superficies cerámicas
Con el fin de mejorar eficazmente la resistencia a la grieta de la cerámica, el pulido mecanoquímico, la microoxidación superficial, la deposición de vapor y el tratamiento de la superficie con láser se pueden utilizar para mejorar el estado de la superficie de la cerámica. Además, la implantación de iones metálicos en la superficie de la cerámica de alúmina por implantación de iones puede aumentar la dureza de la superficie en aproximadamente un 50%; La resistencia a la flexión del carburo de silicio y el nitruro de silicio se puede aumentar en un 20% ~ 30%.
Siete
Estado de desarrollo de los materiales cerámicos de armadura a prueba de balas globales
La armadura de cerámica a prueba de balas se ha convertido en una industria de rápido crecimiento en el mundo debido a la guerra contra el terrorismo. Ya sea que se trate de protección del cuerpo humano o protección de armadura de vehículos, las cerámicas avanzadas tienen muchas ventajas sobre los materiales convencionales, principalmente incluyendo peso ligero, alta dureza, control unificado de la microestructura, por lo que pueden resistir amenazas más graves.

Chaleco antibalas cerámico
Entre los principales materiales cerámicos a prueba de balas como el carburo de boro (B4C), el carburo de silicio (SIC), la alúmina (Al2O3) y otros materiales cerámicos de alta dureza, la cerámica de carburo de silicio se ha convertido en los productos principales de la cerámica a prueba de balas internacional en los últimos años, incluido el chaleco antibalas de cuerpo humano, la capa a prueba de balas del vientre del helicóptero, el vehículo blindado de tanque bulletproofblayer, etc. debido a su alta dureza, buen efecto a prueba de balas y un costo de fabricación mucho menor que las cerámicas de carburo de boro con un mejor rendimiento a prueba de balas. Por ejemplo, Ceradyne proporciona más de $ 1 mil millones en armaduras de cerámica a prueba de balas a los militares de los Estados Unidos cada año.

Propiedades de los materiales cerámicos a prueba de balas de SiC producidos por empresas de renombre internacionalzjwelahead.comMore about bulletproofCerámica de alúmina a prueba de balas
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