Ningbo Tianhong Security Technology Co., Ltd.

防弾板に使用されるセラミックスです

③最も一般的に使用されている防弾セラミック素材

21世紀以降、防弾セラミックスは急速に発展し、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、ホウ化チタンなど多くの種類があり、中でもアルミナセラミックス(Al₂O₃)、炭化ケイ素セラミックス(SiC)、炭化ホウ素セラミックス (B4C) が最も広く使用されています。

アルミナセラミックは密度が最も高いですが、硬度が比較的低く、加工閾値が低く、価格が低く、純度に応じて85/90/95/99アルミナセラミックに分けられ、対応する硬度と価格も増加します順番に。

材料 密度 /(kg*m²) 弾性率 /

(GN*m²)

HV アルミナの価格と同等
炭化ホウ素 2500 400 30000 ×10
酸化アルミニウム 3800 340 15000 1
二ホウ化チタン 4500 570 33000 X10
炭化ケイ素 3200 370 27000 X5
酸化メッキ 2800 415 12000 X10
BC/SiC 2600 340 27500 X7
ガラスセラミックス 2500 100 6000 1
窒化ケイ素 3200 310 17000 X5

さまざまな防弾セラミックスの特性の比較

炭化ケイ素セラミックは密度が比較的低く、硬度が高く、コスト効率の高い構造用セラミックであるため、中国で最も広く使用されている防弾セラミックでもあります。

炭化ホウ素セラミックスは、これらのセラミックスの中で最も密度が低く、硬度が最も高いのですが、同時に加工技術に対する要求も非常に高く、高温高圧焼結が必要となるため、コストもこれら3つのセラミックスの中で最も高くなります。

asvsfb (1)

これら 3 つの一般的な防弾セラミック材料と比較すると、アルミナ防弾セラミックは最も低コストですが、防弾性能は炭化ケイ素や炭化ホウ素に比べてはるかに劣るため、現在の国内の防弾セラミックの生産単位は炭化ケイ素と炭化ホウ素の防弾セラミックスです。アルミナセラミックスは珍しいですね。しかし、単結晶アルミナから透明セラミックスを作製することができ、光機能を備えた透明材料として広く使用されており、個人兵士の防弾マスク、ミサイル探知窓、車両観測窓、潜水艦の潜望鏡などの軍事装備品に応用されている。

④最も人気のある2つの防弾セラミック素材

炭化ケイ素防弾セラミックス

炭化ケイ素の共有結合は非常に強力で、高温でも高い結合強度を維持します。この構造上の特徴により、炭化ケイ素セラミックスに優れた強度、高硬度、耐摩耗性、耐食性、高熱伝導率、優れた耐熱衝撃性などの特性が与えられます。同時に、炭化ケイ素セラミックの価格は手頃で、費用対効果が高く、最も有望な高性能の装甲保護材料の 1 つです。

炭化ケイ素セラミックスは、装甲保護の分野で幅広い開発余地があり、個別装備や特殊車両の分野での用途は多様化する傾向にあります。保護装甲材料として使用される場合、コストや特殊な用途などの要因を考慮すると、引張応力によるセラミックの破損を克服するために、通常、セラミック複合ターゲットプレートに接着されたセラミックパネルと複合バックプレーンの小さな配置が使用されます。発射体の貫通によって装甲全体が損傷することなく、単一の部分のみが粉砕されるようにするためです。

asvsfb (2)

炭化ホウ素防弾セラミックス

炭化ホウ素は、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素の超硬材料に次ぐ既知の材料の硬度であり、硬度は最大 3000kg/mm² です。密度はわずか 2.52g/cm3 と低く、これは鋼鉄の 1/3 です。高弾性率、450GPa。融点が高く、約2447℃。熱膨張係数が低く、熱伝導率が高い。また、炭化ホウ素は優れた化学的安定性、耐酸性、耐アルカリ性を有しており、室温では酸、塩基およびほとんどの無機化合物液体と反​​応せず、フッ酸-硫酸、フッ酸-硝酸混合液でのみゆっくりと腐食します。 ;そして、ほとんどの溶融金属は湿らず、作用しません。炭化ホウ素は、他のセラミック材料では利用できない、中性子を吸収する優れた能力も備えています。B4C は、一般的に使用されるいくつかの装甲セラミックの中で最も密度が低く、高い弾性率を兼ね備えているため、軍用装甲および宇宙分野の材料に適しています。B4C の主な問題は、高価(アルミナの約 10 倍)かつ脆いため、単相防護装甲としての幅広い用途が制限されることです。

asvsfb (3)

⑤防弾セラミックスの作製方法。

調製技術 プロセスの特性
アドバンテージ
ホットプレス焼結 低い焼結温度と短い焼結時間により、粒子が細かく相対密度が高く、機械的特性が良好なセラミックスが得られます。
超高圧焼結 高速、低温焼結を実現し、緻密化率を高めます。
熱間静水圧プレス焼結 低い焼結温度、短いラップ時間、均一な成形体の収縮により、高性能で複雑な形状のセラミックスを製造できます。
マイクロ波焼結 急速な高密度化、ゼロ勾配の均一加熱、材料構造の改善、材料性能の向上、高効率と省エネ。
放電プラズマ焼結 焼結時間は短く、焼結温度は低く、セラミック性能は良好で、高エネルギー焼結勾配材料の密度は高い。
プラズマビーム溶解法 粉末原料は完全に溶融しており、粉末の粒径に制限されず、低融点フラックスを必要とせず、製品は緻密な構造を持っています。
反応焼結 ニアネットサイズの製造技術、シンプルなプロセス、低コストで、大型の複雑な形状の部品を準備できます。
無加圧焼結 この製品は、優れた高温性能、簡単な焼結プロセス、低コストを備えています。適切な成形方法が多数あり、複雑で厚い大型部品に使用でき、大規模な工業生産にも適しています。
液相焼結 低い焼結温度、低い気孔率、微細粒子、高密度、高強度

 

調製技術 プロセスの特性
短所
ホットプレス焼結 プロセスはより複雑で、金型の材料と設備の要件は高く、生産効率は低く、生産コストは高く、形状は単純な製品でしか準備できません。
超高圧焼結 単純な形状の製品しか製造できず、生産量が少なく、設備投資が高く、焼結条件が高く、エネルギー消費が高い。現時点ではまだ研究段階にすぎませんが、
熱間静水圧プレス焼結 設備費が高く、加工できるワークサイズが限られる
マイクロ波焼結 理論技術の改善が必要、設備が不足しており、広く適用されていない
放電プラズマ焼結 基礎理論の改良が必要であり、プロセスが複雑でコストが高く、工業化されていない。
プラズマビーム溶解法 広範な用途に必要な高度な装置要件はまだ達成されていません。
反応焼結 残留シリコンは、材料の高温機械的特性、耐食性、耐酸化性を低下させます。
無加圧焼結 焼結温度は高く、ある程度の気孔率があり、強度は比較的低く、約 15% の体積収縮があります。
液相焼結 変形、収縮が大きく、寸法精度の管理が難しい

 

セラミック

AL2O3.B4 C .SiC

AL2O3

AL2O3.B4 C .SiC

AL2O3

AL2O3.B4 C .SiC

AL2O3
B4 C .SiC

AL2O3.B4 C .SiC

.SiC

防弾セラミックスのアップグレード

炭化ケイ素と炭化ホウ素の防弾の可能性は非常に大きいですが、単相セラミックの破壊靱性と脆性の問題は無視できません。現代の科学技術の発展により、防弾セラミックスの機能性と経済性、つまり多機能、高性能、軽量、低コスト、安​​全性が求められています。そのため、専門家や学者は近年、多成分セラミック系複合材、傾斜機能セラミックス、層状構造設計などを微調整することでセラミックスの強化、軽量化、経済性を実現することを期待しており、そのような装甲は軽量である。現在の装甲と比較して重量が軽減され、戦闘ユニットの機動性が向上します。

機能的に傾斜したセラミックは、小宇宙的な設計を通じて材料特性の規則的な変化を示します。例えば、ホウ化チタン、金属チタン、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、金属アルミニウム、その他の金属/セラミック複合系では、厚さ位置に沿って性能が勾配変化する、つまり高硬度の調製が可能です。高靭性防弾セラミックスへの移行。

ナノメートル多相セラミックは、マトリックス セラミックにサブミクロンまたはナノメートルの分散粒子が添加されて構成されています。SiC-Si3N4-Al2O3、B4C-SiC などのセラミックスの硬度、靱性、強度はある程度向上しています。欧米諸国では、材料の強度や靱性を実現するために、ナノスケールの粉末を焼結して粒径数十ナノメートルのセラミックスを作製する研究が進められていると報告されており、防弾セラミックスはこの点で大きな進歩を遂げると期待されている。

まとめる

単相セラミックであろうと多相セラミックであろうと、最高の防弾セラミック材料、または炭化ケイ素、炭化ホウ素と切り離せないこれら 2 つの材料。特に炭化ホウ素材料は、焼結技術の発展により、炭化ホウ素セラミックスの優れた特性がますます顕著となり、防弾分野での応用がさらに発展すると考えられます。


投稿日時: 2023 年 12 月 14 日