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Nuova stella nel campo delle armature antiproiettile - Ceramica di carburo di boro

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Nuova stella nel campo delle armature antiproiettile - Ceramica di carburo di boro

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Il carburo di boro è uno dei materiali ceramici più duri, appena al di sotto del diamante e del nitruro di boro cubico. A causa della sua bassa densità (∼2520 kg/m3), è diventato il materiale preferito per i sistemi di armatura.

Abbiamo scoperto che sia il carburo di silicio che la ceramica di carburo di boro hanno le caratteristiche di bassa densità. La densità della ceramica di allumina comune è di circa 3,5g/cm-3, mentre le densità del carburo di silicio e del carburo di boro sono solo 3,2g/cm-3 e 2,5g/cm-3 rispettivamente. Si può vedere che sotto la tendenza di armature mobili leggere, i materiali di carburo di silicio e carburo di boro hanno vantaggi intrinseci.

In termini di modulo elastico, il modulo elastico della ceramica di allumina è di circa 350GPa, mentre il modulo elastico dei materiali in carburo di silicio e carburo di boro è di circa 400GPa. Si può notare che i tre principali materiali ceramici per armature hanno tutti le caratteristiche di un alto modulo elastico.

In termini di durezza, carburo di boro>carburo di silicio>allumina. Vale la pena ricordare che il carburo di tungsteno è il materiale chiave per la produzione di carburo cementato. Rispetto al carburo di silicio, la durezza del carburo di silicio è doppia rispetto al carburo di tungsteno, la densità è 1/5 del carburo di tungsteno, e la resistenza si mantiene a 1400°C.

In termini di resistenza all'usura, carburo di boro>carburo di silicio>allumina. I dati misurati dall'Istituto di Metallurgia delle Polveri della Central South University mostrano che la resistenza all'usura della ceramica di allumina è equivalente a 266 volte quella dell'acciaio al manganese e 171,5 volte quella della ghisa ad alto cromo. Si può notare che l'alta durezza e l'alta resistenza all'usura dei materiali ceramici sono molto più alte dell'acciaio resistente all'usura e dell'acciaio inossidabile.

In termini di altre proprietà, il carburo di boro è unico nella stabilità termica ad alta temperatura. Rispetto all'allumina, il suo coefficiente di espansione termica è inferiore a 1/2. A 500°C, la sua conduttività termica è di un ordine di grandezza superiore e la sua resistenza allo shock termico è quasi 20 volte superiore. Ma i loro problemi comuni sono la bassa tenacità alla frattura e l'alta fragilità. Pertanto, il rafforzamento e l'indurimento della ceramica antiproiettile è sempre stata una direzione di ricerca calda. I metodi di rafforzamento includono principalmente il sistema composito multielemento in ceramica, la ceramica classificata funzionalmente, la progettazione di strutture stratificate, ecc. La sua resistenza alla frattura è scarsa, la resistenza alla trazione è bassa, e la frattura fragile è incline a verificarsi. La piastra bersaglio composita in ceramica deve essere legata dal pannello in ceramica e dalla piastra posteriore composita per superare il fallimento della ceramica a causa dello stress da trazione. Questo tipo di piastra bersaglio composita è di solito fatta incollando piccoli pezzi di pannelli in ceramica e piastre di supporto in materiale composito, che possono anche impedire la rottura dell'intero pannello in ceramica. Quando il proiettile invade, solo un singolo pezzo di armatura sarà schiacciato.

Inoltre, i prezzi attuali dei materiali in carburo di silicio e carburo di boro sono ancora relativamente alti, e il prezzo del carburo di boro raggiunge anche 700-800 yuan per chilogrammo, che è quasi 10 volte quello dei materiali di allumina. Tuttavia, con lo sviluppo di sistemi di armatura leggeri e ad alta efficienza, la superiorità della ceramica antiproiettile è diventata più importante. Come il Gemelli dei materiali per armature antiproiettile, il carburo di silicio e i materiali in carburo di boro, si ritiene che ci sia ancora molto margine di miglioramento.