Seria Ceramic Bulletproof - Comparația principalelor materiale ceramice pentru Bulletproofing
Principalele materiale ceramice care pot fi folosite ca materiale antiglonț sunt oxid de aluminiu,carbură de siliciu, carbură de bor,nitrură de siliciuși borură de titan. Dintre acestea, ceramica cu oxid de aluminiu (Al2O3), ceramica cu carbură de siliciu (SiC) și ceramica cu carbură de bor (B4C) sunt cele mai utilizate. Ceramica antiglonț din oxid de aluminiu are duritate scăzută (HRA90) și densitate mare în comparație cu celelalte două, dar sunt mai ieftine. Ceramica antiglonț cu carbură de siliciu are cea mai mare duritate și cea mai bună performanță dintre cele trei, dar sunt și mult mai scumpe decât celelalte două materiale. Duritatea ceramicii antiglonț din carbură de siliciu poate ajunge la HRA92, iar densitatea este de doar 82% din cea a plăcilor antiglonț din oxid de aluminiu, cu un preț moderat și o utilizare mai larg aplicată.
1.Ceramica cu oxid de aluminiu
Ceramica cu oxid de aluminiu este o serie de materiale ceramice bazate pe oxid de aluminiu de înaltă temperatură (α-Al2O3) ca fază cristalină principală, iar α-Al2O3 este singura variantă de Al2O3 care există în mod natural în lume. Are cea mai compactă structură, cea mai scăzută reactivitate și cele mai bune proprietăți electrochimice dintre toate variantele și poate rămâne stabil la toate temperaturile.
Proprietățile ceramicii cu oxid de aluminiu
| Proprietatea Al2O3 | Sinterizarea |
| Densitate (g/cm3) | 3,6-3,95 |
| Rezistența la încovoiere (Mpa) | 200-400 |
| Modulul Young (Gpa) | 300-450 |
| Duritatea la fractură (Mpa.m1/2) | 3,0-4,5 |
| Duritate (Gpa) | 12-18 |
Avantaje: Fiind material ceramic de prima generație în domeniul antiglonț, oxidul de aluminiu nu este doar cel mai puternic și mai dur dintre toți oxizii, dar are și o bună rezistență la oxidare, inerție chimică și cost redus și este ușor de obținut. În plus, produsele sinterizate sunt utilizate pe scară largă în diferite vehicule blindate și îmbrăcăminte antiglonț militare și de poliție datorită suprafeței lor netede, dimensiunilor stabile și prețului scăzut.
Dezavantaje: rezistență scăzută la încovoiere și duritate la rupere și rezistență scăzută la șoc termic. În plus, performanța oxidului de aluminiu variază foarte mult, în principal în funcție de parametrii procesului, conținutul de impurități, dimensiunea particulelor și temperatura de sinterizare. În același timp, densitatea mare a oxidului de aluminiu nu poate îndeplini tendința armurii ușoare.
2.Ceramica cu carbură de siliciu
SiC are o structură cristalină unică. Folosind unul dintre cei patru atomi de carbon ca centru și atomii de siliciu ca atomi perechi, unul dintre cei patru electroni cei mai exteriori este selectat pentru a se asocia cu electronul cel mai exterior al atomului de carbon central. Prin operare ciclică, structura finală este echivalentă cu structura tetraedrică de diamant compusă din legături Si-C, care prezintă o duritate extrem de mare. În același timp, această structură are legături covalente puternice și energie ridicată de legătură Si-C, ceea ce face ca materialele cu carbură de siliciu să aibă caracteristici de modul înalt, duritate ridicată și rezistență specifică ridicată.
Proprietățile ceramicii cu carbură de siliciu în diferite procese de sinterizare
| Proprietatea SIC | Sinterizare prin presare la cald | Presare izostatică la cald | Sinterizarea de reacție | Sinterizare cu plasmă cu scânteie |
| Densitate (g/cm3) | 3,25-3,28 | 3.01-3.13 | 3.02 | 3.12-3.20 |
| Rezistența la încovoiere (Mpa) | 500-730 | 366-950 | 260 | 420-850 |
| Modulul Young (Gpa) | 440-450 | - | 359 | 420-460 |
| Duritatea la fractură (Mpa.m1/2) | 5,0-5,5 | 4,51-5,79 | 4.00 | 3,4-7,0 |
| Duritate (Gpa) | 20 | 10,5-20,0 | 17.23 | 19,8-32,7 |
Avantaje: Este cel mai utilizat material ceramic non-oxid cu duritate mare, al doilea numai după diamant, nitrură cubică de bor și carbură de bor. Datorită densității sale scăzute și durității mari, această ceramică este foarte potrivită pentruprotectie balistica, și se află în zona intermediară dintre oxidul de aluminiu și carbura de bor în ceea ce privește proprietățile mecanice, proprietățile de densitate, proprietățile balistice și costurile de aplicare.
Dezavantaje: Structura moleculară și caracteristicile carburii de siliciu determină duritatea sa mai mică. Când este lovită de un glonț, rezistența sa ultra-înaltă poate rezista complet energiei cinetice uriașe a glonțului și poate sparge instantaneu glonțul, dar se va crăpa sau chiar se va rupe în bucăți în momentul impactului, ceea ce face placa ceramică cu carbură de siliciu. potrivit doar pentru anumite zone de antiglonț. Cu toate acestea, mulți cercetători din domeniul științei moleculare a materialelor afirmă în prezent că duritatea scăzută a carburii de siliciu poate fi teoretic compensată și depășită prin controlul procesului de sinterizare și pregătirea fibrei ceramice. Acest lucru va extinde foarte mult gama de aplicare a carburii de siliciu în domeniul antiglonțului, făcându-l un material ideal pentru fabricarea echipamentelor antiglonț.
3.Carbură de bor ceramică
Cristalul de carbură de bor aparține tipului de structură romboedrică. În structura sa romboedrică, fiecare celulă unitate conține 15 atomi, dintre care 12 atomi (B11C) formează un icosaedru, formând o structură spațială, în timp ce restul de trei atomi se combină pentru a forma un lanț CBC. Icosaedrul este conectat la lanțul CBC prin legături covalente pentru a forma o structură relativ stabilă. În același timp, elementele sale constitutive, carbonul și borul, au proprietăți și raze atomice foarte asemănătoare, rezultând că B4C are unele proprietăți excelente pe care alte ceramice neoxidice nu le au.
Proprietățile carburii de bor în diferite procese de sinterizare
| Proprietate B4C | Sinterizare prin presare la cald | Presare izostatică la cald | Sinterizarea de reacție | Sinterizare cu plasmă cu scânteie |
| Densitate (g/cm3) | 2,45-2,52 | 2,42-2,51 | 2,48-2,54 | 2,43-2,60 |
| Rezistența la încovoiere (Mpa) | 200-500 | 365-627 | 235-321 | 607-627 |
| Modulul Young (Gpa) | 440-460 | 393-444 | 330-426 | 403-590 |
| Duritatea la fractură (Mpa.m1/2) | 2,0-4,7 | 2.4-3.3 | 4.1-4.4 | 2,8-5,8 |
| Duritate (Gpa) | 29-35 | 25-31 | 13,4-18,0 | 30,5-38,3 |
Avantaje: Duritate la temperaturi ridicate aproape constantă și proprietăți mecanice bune. În același timp, densitatea sa este cea mai scăzută dintre mai multe ceramice de armură utilizate în mod obișnuit, iar modulul său de elasticitate ridicat îl face o alegere bună pentru armurile militare și materialele spațiale.
Dezavantaje: Datorită naturii foarte covalente a legăturilor covalente dintre bor și atomii de carbon, sinterizarea acestuia este slabă. Prin urmare, este necesar să se utilizeze temperaturi ridicate de sinterizare foarte apropiate de punctul de topire al materialului. Aceste temperaturi ridicate duc la pori reziduali și la distanțarea ulterioară a granulelor, care deteriorează proprietățile și performanța materialului. Prin urmare, se folosește de obicei presarea la cald sau presarea izostatică la cald, ceea ce duce la costuri de fabricație mai mari.
