Neuer Star auf dem Gebiet der kugelsicheren Rüstung - Borcarbid-Keramik

Neuer Star auf dem Gebiet der kugelsicheren Rüstung - Borcarbid-Keramik

Borkarbid ist einer der härtesten keramischen Werkstoffe, der nur knapp hinter Diamant und kubischem Bornitrid liegt. Aufgrund seiner geringen Dichte (∼2520 kg/m3) ist es das Material der Wahl für Körperpanzerungssysteme geworden.

Wir haben festgestellt, dass sowohl Siliziumkarbid- als auch Borcarbid-Keramiken die Eigenschaften einer geringen Dichte aufweisen. Die Dichte von gewöhnlicher Aluminiumoxid-Keramik beträgt etwa 3,5 g/cm-3, während die Dichten von Siliziumkarbid und Borkarbid nur 3,2 g/cm-3 bzw. 2,5 g/cm-3 betragen. Es ist ersichtlich, dass Siliziumkarbid und Borkarbid unter dem Trend der leichten mobilen Panzerung inhärente Vorteile haben.

Was den Elastizitätsmodul betrifft, so liegt der Elastizitätsmodul von Aluminiumoxidkeramik bei etwa 350 GPa, während der Elastizitätsmodul von Siliziumkarbid- und Borkarbid-Materialien bei etwa 400 GPa liegt. Es ist ersichtlich, dass die drei wichtigsten Panzerungskeramiken alle einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen.

In Bezug auf die Härte liegt Borkarbid vor Siliziumkarbid und Aluminiumoxid. Es ist erwähnenswert, dass Wolframkarbid das Schlüsselmaterial für die Herstellung von Hartmetall ist. Im Vergleich zu Siliziumkarbid ist die Härte von Siliziumkarbid doppelt so hoch wie die von Wolframkarbid, die Dichte beträgt 1/5 von Wolframkarbid, und die Festigkeit wird bei 1400°C beibehalten.

In Bezug auf die Verschleißfestigkeit liegt Borkarbid>Siliziumkarbid>Aluminiumoxid. Vom Institut für Pulvermetallurgie der Central South University gemessene Daten zeigen, dass die Verschleißfestigkeit von Aluminiumoxid-Keramik dem 266-fachen von Manganstahl und dem 171,5-fachen von hochchromhaltigem Gusseisen entspricht. Es ist zu erkennen, dass die hohe Härte und die hohe Verschleißfestigkeit von keramischen Werkstoffen viel höher sind als die von verschleißfestem Stahl und rostfreiem Stahl.

In Bezug auf andere Eigenschaften ist Borkarbid einzigartig in der thermischen Hochtemperaturstabilität. Im Vergleich zu Aluminiumoxid beträgt sein Wärmeausdehnungskoeffizient weniger als 1/2. Bei 500°C ist seine Wärmeleitfähigkeit um eine Größenordnung höher, und seine Temperaturwechselbeständigkeit ist fast 20 Mal höher. Aber ihre gemeinsamen Probleme sind geringe Bruchzähigkeit und hohe Sprödigkeit. Daher ist die Verstärkung und Zähigkeit von kugelsicheren Keramiken seit jeher ein heißes Forschungsthema. Zu den Verstärkungsmethoden gehören vor allem Multielement-Keramiksystem-Verbundwerkstoffe, funktional abgestufte Keramiken, Schichtbauweise usw. Die Bruchzähigkeit ist schlecht, die Zugfestigkeit ist gering, und es kommt häufig zu Sprödbrüchen. Die keramische Verbundzielplatte muss durch die keramische Platte und die Verbundrückplatte verbunden werden, um das Versagen der Keramik durch die Zugspannung zu überwinden. Diese Art von Verbundzielplatte wird in der Regel durch das Verbinden von kleinen Stücken der Keramikplatte und der Verbundwerkstoff-Rückplatte hergestellt, was auch ein Brechen der gesamten Keramikplatte verhindern kann. Wenn das Projektil eindringt, wird nur ein einzelnes Stück der Panzerung zerdrückt.

Darüber hinaus sind die aktuellen Preise für Siliziumkarbid- und Borcarbid-Materialien immer noch relativ hoch, und der Preis von Borcarbid erreicht sogar 700-800 Yuan pro Kilogramm, was fast das Zehnfache von Aluminiumoxid-Materialien ist. Mit der Entwicklung von leichten und hocheffizienten Panzersystemen ist die Überlegenheit der kugelsicheren Keramik jedoch immer deutlicher geworden. Als Zwilling der kugelsicheren Panzerungsmaterialien, Siliziumkarbid und Borkarbid-Materialien, wird angenommen, dass es noch viel Raum für Verbesserungen gibt.