③Yang paling umum digunakananti pelurubahan keramik
Sejak abad ke-21, keramik anti peluru telah berkembang pesat, dan terdapat banyak jenisnya, termasuk alumina, silikon karbida, boron karbida, silikon nitrida, titanium borida, dan lain-lain, di antaranya keramik alumina (Al₂O₃), keramik silikon karbida (SiC), dan keramik boron karbida (B4C) yang paling banyak digunakan.
Keramik alumina memiliki kepadatan tertinggi, tetapi kekerasannya relatif rendah, ambang batas pemrosesannya rendah, harganya rendah, dan berdasarkan kemurniannya dibagi menjadi keramik alumina 85/90/95/99, dengan kekerasan dan harga yang meningkat secara berurutan.
| Bahan-bahan | Kepadatan /(kg*m²) | Modulus elastis /(GN*m²) | HV | Setara dengan harga alumina |
| Karbida boron | 2500 | 400 | 30000 | X 10 |
| Aluminium oksida | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Titanium diborida | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Silikon karbida | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Pelapisan oksidasi | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Keramik kaca | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Silikon nitrida | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Perbandingan sifat-sifat berbagai keramik anti peluru
Keramik silikon karbida memiliki kepadatan yang relatif rendah, kekerasan tinggi, dan merupakan keramik struktural yang hemat biaya, sehingga juga merupakan keramik anti peluru yang paling banyak digunakan di Tiongkok.
Keramik boron karbida memiliki densitas terendah dan kekerasan tertinggi di antara keramik-keramik ini, tetapi pada saat yang sama, persyaratan teknologi pemrosesannya juga sangat tinggi, membutuhkan sintering suhu tinggi dan tekanan tinggi, sehingga biayanya juga paling tinggi di antara ketiga keramik ini.
Dibandingkan dengan tiga material keramik anti peluru yang lebih umum ini, keramik anti peluru alumina memiliki biaya terendah, tetapi kinerja anti pelurunya jauh lebih rendah daripada silikon karbida dan boron karbida, sehingga unit produksi keramik anti peluru domestik saat ini didominasi oleh silikon karbida dan boron karbida, sedangkan keramik alumina masih jarang. Namun, alumina kristal tunggal dapat digunakan untuk membuat keramik transparan, yang banyak digunakan sebagai material transparan dengan fungsi cahaya, dan diaplikasikan pada peralatan militer seperti masker anti peluru prajurit, jendela deteksi rudal, jendela pengamatan kendaraan, dan periskop kapal selam.
④Dua bahan keramik anti peluru yang paling populer
Keramik anti peluru silikon karbida
Ikatan kovalen silikon karbida sangat kuat dan tetap memiliki kekuatan ikatan yang tinggi pada suhu tinggi. Fitur struktural ini memberikan keramik silikon karbida kekuatan yang sangat baik, kekerasan tinggi, ketahanan aus, ketahanan korosi, konduktivitas termal tinggi, ketahanan terhadap guncangan termal yang baik, dan sifat-sifat lainnya. Pada saat yang sama, harga keramik silikon karbida moderat, hemat biaya, dan merupakan salah satu material perlindungan lapis baja berkinerja tinggi yang paling menjanjikan.
Keramik silikon karbida memiliki ruang pengembangan yang luas di bidang perlindungan lapis baja, dan aplikasinya di bidang peralatan individu dan kendaraan khusus cenderung beragam. Ketika digunakan sebagai material pelindung lapis baja, dengan mempertimbangkan biaya dan kesempatan aplikasi khusus serta faktor lainnya, biasanya berupa susunan kecil panel keramik dan bidang belakang komposit yang direkatkan menjadi pelat target komposit keramik, untuk mengatasi kegagalan keramik akibat tegangan tarik, dan untuk memastikan bahwa penetrasi proyektil hanya menghancurkan satu bagian tanpa merusak seluruh lapis baja.
Keramik anti peluru karbida boron
Boron karbida adalah material dengan kekerasan tertinggi setelah intan dan material superkeras boron nitrida kubik, dengan kekerasan hingga 3000 kg/mm²; Kepadatannya rendah, hanya 2,52 g/cm³, yang merupakan 1/3 dari baja; Modulus elastisitas tinggi, 450 GPa; Titik leleh tinggi, sekitar 2447℃; Koefisien ekspansi termal rendah dan konduktivitas termal tinggi. Selain itu, boron karbida memiliki stabilitas kimia yang baik, tahan korosi asam dan basa, pada suhu kamar tidak bereaksi dengan asam dan basa serta sebagian besar cairan senyawa anorganik, hanya mengalami korosi lambat dalam cairan campuran asam fluorida-asam sulfat dan asam fluorida-asam nitrat; Dan sebagian besar logam cair tidak membasahi, tidak bereaksi. Boron karbida juga memiliki kemampuan yang baik untuk menyerap neutron, yang tidak dimiliki oleh material keramik lainnya. B4C memiliki kepadatan terendah di antara beberapa keramik pelindung yang umum digunakan, dikombinasikan dengan modulus elastisitas yang tinggi, menjadikannya pilihan yang baik untuk material di bidang pelindung militer dan antariksa. Masalah utama B4C adalah harganya yang mahal (sekitar 10 kali lipat dari alumina) dan sifatnya yang rapuh, yang membatasi penerapannya secara luas sebagai pelindung lapis tunggal.
⑤Metode pembuatan keramik anti peluru.
| Teknologi persiapan | Karakteristik proses | |
| Keuntungan | ||
| Sinterisasi tekan panas | Dengan suhu sinter yang rendah dan waktu sinter yang singkat, keramik dengan butiran halus, kepadatan relatif tinggi, dan sifat mekanik yang baik dapat diperoleh. | |
| Sintering tekanan super tinggi | Mencapai sintering cepat pada suhu rendah, laju densifikasi meningkat. | |
| Sinterisasi tekan isostatik panas | Keramik dengan kinerja tinggi dan bentuk kompleks dapat dibuat dengan suhu sinter rendah, waktu penempaan singkat, dan penyusutan seragam pada material yang tidak diinginkan. | |
| Sinterisasi gelombang mikro | Pemadatan cepat, pemanasan seragam tanpa gradien, peningkatan struktur material, peningkatan kinerja material, efisiensi tinggi dan hemat energi. | |
| Sinterisasi plasma lucutan | Waktu sintering singkat, suhu sintering rendah, kinerja keramik baik, dan densitas material gradien sintering energi tinggi tinggi. | |
| Metode peleburan berkas plasma | Bahan baku bubuk tersebut meleleh sepenuhnya, tidak dibatasi oleh ukuran partikel bubuk, tidak memerlukan fluks titik leleh rendah, dan produknya memiliki struktur yang padat. | |
| Sinterisasi reaksi | Teknologi manufaktur mendekati ukuran akhir, proses sederhana, biaya rendah, dapat menghasilkan komponen berukuran besar dan berbentuk kompleks. | |
| Sintering tanpa tekanan | Produk ini memiliki kinerja suhu tinggi yang sangat baik, proses sintering yang sederhana, dan biaya rendah. Terdapat banyak metode pembentukan yang sesuai, yang dapat digunakan untuk bagian-bagian besar yang kompleks dan tebal, serta cocok untuk produksi industri skala besar. | |
| Sinterisasi fase cair | Suhu sinter rendah, porositas rendah, butiran halus, kepadatan tinggi, kekuatan tinggi. | |
| Teknologi persiapan | Karakteristik proses | |
| Kerugian | ||
| Sinterisasi tekan panas | Prosesnya lebih kompleks, persyaratan bahan cetakan dan peralatannya tinggi, efisiensi produksinya rendah, biaya produksinya tinggi, dan bentuknya hanya dapat dibuat dengan produk sederhana. | |
| Sintering tekanan super tinggi | Hanya dapat menghasilkan produk dengan bentuk sederhana, produksi rendah, investasi peralatan tinggi, kondisi sintering tinggi, dan konsumsi energi tinggi. Saat ini, teknologi ini masih dalam tahap penelitian. | |
| Sinterisasi tekan isostatik panas | Biaya peralatannya tinggi, dan ukuran benda kerja yang akan diproses terbatas. | |
| Sinterisasi gelombang mikro | Teknologi teoretis perlu ditingkatkan, peralatan masih kurang, dan belum diterapkan secara luas. | |
| Sinterisasi plasma lucutan | Teori dasarnya perlu ditingkatkan, prosesnya kompleks, dan biayanya tinggi, sehingga belum diindustrialisasi. | |
| Metode peleburan berkas plasma | Persyaratan peralatan yang tinggi belum terpenuhi untuk penerapan secara luas. | |
| Sinterisasi reaksi | Sisa silikon mengurangi sifat mekanik suhu tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan oksidasi material. | |
| Sintering tanpa tekanan | Suhu sintering tinggi, terdapat porositas tertentu, kekuatan relatif rendah, dan terjadi penyusutan volume sekitar 15%. | |
| Sinterisasi fase cair | Bahan ini rentan terhadap deformasi, penyusutan besar, dan sulit untuk mengontrol akurasi dimensinya. | |
| Keramik |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| .SiC |
Peningkatan keramik anti peluru
Meskipun potensi anti peluru dari silikon karbida dan boron karbida sangat besar, masalah ketahanan terhadap retak dan kerapuhan yang buruk dari keramik fase tunggal tidak dapat diabaikan. Perkembangan ilmu dan teknologi modern telah mengajukan persyaratan untuk fungsionalitas dan ekonomi keramik anti peluru: multifungsi, kinerja tinggi, ringan, biaya rendah, dan aman. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, para ahli dan cendekiawan berharap untuk mencapai penguatan, pengurangan bobot, dan penghematan biaya keramik melalui penyesuaian mikro, termasuk komposit sistem keramik multi-komponen, keramik gradien fungsional, desain struktur berlapis, dll., dan pelindung semacam itu lebih ringan dibandingkan dengan pelindung saat ini, dan lebih meningkatkan kinerja mobilitas unit tempur.
Keramik bergradasi fungsional menunjukkan perubahan teratur dalam sifat material melalui desain mikroskopis. Misalnya, titanium borida dan logam titanium serta aluminium oksida, silikon karbida, boron karbida, silikon nitrida dan logam aluminium, dan sistem komposit logam/keramik lainnya, kinerja perubahan gradien sepanjang posisi ketebalan, yaitu, persiapan transisi kekerasan tinggi ke keramik anti peluru dengan ketangguhan tinggi.
Keramik multifase nanometer tersusun dari partikel dispersi submikron atau nanometer yang ditambahkan ke matriks keramik. Seperti SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, dll., kekerasan, ketangguhan, dan kekuatan keramik mengalami peningkatan tertentu. Dilaporkan bahwa negara-negara Barat sedang mempelajari sinterisasi bubuk skala nano untuk menyiapkan keramik dengan ukuran butir puluhan nanometer untuk mencapai kekuatan dan ketangguhan material, dan keramik anti peluru diharapkan mencapai terobosan besar dalam hal ini.
Menyimpulkan
Baik itu keramik fase tunggal atau keramik multi-fase, bahan keramik anti peluru terbaik tidak dapat dipisahkan dari silikon karbida dan boron karbida. Khusus untuk bahan boron karbida, dengan perkembangan teknologi sintering, sifat-sifat unggul keramik boron karbida semakin menonjol, dan aplikasinya di bidang anti peluru akan semakin berkembang.
Waktu posting: 14 Desember 2023