Преимущества и принципы установки керамических баллистических виниров

С развитием технологий и увеличением разрушительной силы современного оружия все большее внимание уделяется пулестойким материалам. Специальная керамика, как очень популярный сегодня баллистический материал, играет важную роль в области баллистической защиты. Специальная керамика характеризуется высокой прочностью, высокой твердостью, низкой плотностью, коррозионной стойкостью и высокой износостойкостью, она легче и менее нагружена, чем металлические баллистические материалы, что делает ее чрезвычайно выгодной в средствах баллистической защиты, таких как бронежилеты. В настоящее время основными видами пуленепробиваемой керамики, которые были разработаны и применены, являются глинозем, оксид циркония, карбид кремния, карбид бора, нитрид алюминия, нитрид кремния, борид титана и так далее. Среди них карбид кремния является керамическим материалом, который в последние годы находит все большее применение в стране и за рубежом, а использование карбида кремния в качестве пуленепробиваемого материала является горячей точкой для исследований в стране и за рубежом в последние годы.
 

Баллистический лист из карбида кремния

 

Пулестойкая керамика чаще всего используется в материалах из глинозема, карбида кремния и карбида бора. Глиноземный керамический пулестойкий лист имеет низкую твердость (HRA90) и высокую плотность среди трех материалов, но стоит дешево; карбид бора имеет высокую твердость и низкую плотность среди трех материалов, обладает наилучшими характеристиками, но цена также намного выше, чем у двух других материалов. Для сравнения, керамические баллистические хлопья из карбида кремния имеют твердость HRA92 и плотность 82% от плотности хлопьев из оксида алюминия.
 

Карбид кремния (SiC) имеет две основные кристаллические структуры, а именно β- SiC в кубической кристаллической системе и α- SiC в гексагональной кристаллической системе. Это соединение с сильными ковалентными связями, а связь Si - C составляет только около 12% ионной, поэтому по сравнению с другими керамиками, такими как глинозем и карбид бора, он имеет более превосходные механические свойства, устойчивость к окислению, более высокую износостойкость, более низкий коэффициент трения и т.д. Кроме того, он обладает хорошей термической стабильностью, хорошей термостойкостью, высокой прочностью, более низким коэффициентом трения и др. Кроме того, его хорошая термическая стабильность, высокая прочность при высоких температурах, низкий коэффициент теплового расширения, высокая теплопроводность и хорошая устойчивость к тепловому удару и химической коррозии нравятся военным экспертам и широко используются.
 

Однако его низкая прочность, являющаяся фатальным недостатком, все еще остается проблемой, требующей решения. Молекулярная структура и свойства карбида кремния таковы, что он обладает низкой вязкостью, что при попадании пули его высокая прочность может противостоять огромной кинетической энергии пули и мгновенно раздробить ее, но он может треснуть или даже разлететься на куски в момент удара, что делает керамические пластины из карбида кремния доступными только в качестве разовых вставок и, как правило, не выдерживающими многократных выстрелов. Однако многие исследователи в области молекулярной науки о материалах сейчас предполагают, что низкая прочность карбида кремния теоретически может быть компенсирована и преодолена путем управления процессом спекания и подготовки керамических волокон. Это значительно расширит спектр применения карбида кремния в области баллистической защиты, сделав его идеальным материалом для производства пуленепробиваемого оборудования.
 

Баллистический лист из карбида кремния
 

Основной принцип бронезащиты - рассеять энергию пули, замедлить ее и сделать безвредной. В то время как большинство обычных инженерных материалов, таких как металлы, поглощают энергию за счет пластической деформации своей структуры, керамические материалы поглощают энергию за счет процесса микрофрагментации.

Процесс поглощения энергии баллистической керамикой из карбида кремния можно условно разделить на 3 этапа.

(1) Начальная фаза удара: пуля ударяется о керамическую поверхность, затупляя боеголовку и поглощая энергию в процессе разрушения керамической поверхности для формирования зоны мелкой и твердой фрагментации.

(2) Фаза эрозии: затупившаяся пуля продолжает эрозировать зону фрагментации, образуя непрерывный слой керамических осколков.

(3) Фаза деформации, растрескивания и разрушения: в конце концов в керамике возникают напряжения растяжения, вызывающие ее разрушение, за которым следует деформация подложки, при этом вся оставшаяся энергия поглощается деформацией материала подложки. При ударе пули в керамику повреждаются и пуля, и керамика.

С точки зрения характеристик, цены и перспектив развития, баллистическая керамика из карбида кремния имеет высокую исследовательскую ценность и будет все шире использоваться в области баллистической защиты!