③Le matériau céramique pare-balles le plus couramment utilisé
Depuis le 21e siècle, les céramiques pare-balles se sont développées rapidement et il en existe de nombreux types, notamment l'alumine, le carbure de silicium, le carbure de bore, le nitrure de silicium, le borure de titane, etc., parmi lesquels les céramiques d'alumine (Al₂O₃), les céramiques de carbure de silicium (SiC), les céramiques au carbure de bore (B4C) sont les plus utilisées.
Les céramiques d'alumine ont la densité la plus élevée, mais la dureté est relativement faible, le seuil de traitement est faible, le prix est faible, selon la pureté est divisé en céramiques d'alumine 85/90/95/99, la dureté et le prix correspondants sont également augmentés à son tour.
| Matériaux | Densité /(kg*m²) | Module d'élasticité / (GN*m²) | HV | Equivalent au prix de l'alumine |
| Carbure de bore | 2500 | 400 | 30000 | X10 |
| Oxyde d'aluminium | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Diborure de titane | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Carbure de silicium | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Placage d'oxydation | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Vitrocéramique | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Nitrure de silicium | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Comparaison des propriétés de différentes céramiques pare-balles
La densité de la céramique en carbure de silicium est relativement faible, sa dureté est élevée et c'est une céramique structurelle rentable, c'est donc également la céramique pare-balles la plus largement utilisée en Chine.
Les céramiques au carbure de bore ont la densité la plus faible et la dureté la plus élevée parmi ces céramiques, mais en même temps, leurs exigences en matière de technologie de traitement sont également très élevées, nécessitant un frittage à haute température et haute pression, de sorte que le coût est également le plus élevé parmi ces trois céramiques.
Comparées à ces trois matériaux céramiques pare-balles plus courants, les céramiques pare-balles en alumine ont le coût le plus bas, mais les performances pare-balles sont bien inférieures à celles du carbure de silicium et du carbure de bore, de sorte que les unités de production nationales actuelles de céramiques pare-balles en carbure de silicium et carbure de bore pare-balles, tandis que les céramiques d'alumine sont rares.Cependant, l'alumine monocristalline peut être utilisée pour préparer des céramiques transparentes, qui sont largement utilisées comme matériaux transparents dotés de fonctions d'éclairage, et sont appliquées dans des équipements militaires tels que des masques pare-balles individuels pour soldats, des fenêtres de détection de missiles, des fenêtres d'observation de véhicules et des périscopes sous-marins.
④Deux des matériaux céramiques pare-balles les plus populaires
Céramique pare-balles en carbure de silicium
La liaison covalente en carbure de silicium est très solide et présente toujours une liaison très résistante à haute température.Cette caractéristique structurelle confère aux céramiques de carbure de silicium une excellente résistance, une dureté élevée, une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion, une conductivité thermique élevée, une bonne résistance aux chocs thermiques et d'autres propriétés.Dans le même temps, le prix de la céramique de carbure de silicium est modéré, rentable et constitue l'un des matériaux de protection blindés hautes performances les plus prometteurs.
Les céramiques de carbure de silicium disposent d'un large espace de développement dans le domaine de la protection des blindages, et leurs applications dans le domaine des équipements individuels et des véhicules spéciaux ont tendance à être diversifiées.Lorsqu'il est utilisé comme matériau de blindage de protection, compte tenu du coût, des occasions d'application spéciales et d'autres facteurs, il s'agit généralement d'un petit agencement de panneaux en céramique et d'un fond de panier composite collé dans une plaque cible composite en céramique, pour surmonter la défaillance de la céramique due à la contrainte de traction, et pour garantir que la pénétration du projectile ne brise qu'une seule pièce sans endommager l'ensemble du blindage.
Céramique pare-balles en carbure de bore
Le carbure de bore est la dureté des matériaux connus après le diamant et le nitrure de bore cubique, une dureté allant jusqu'à 3 000 kg/mm² ;La densité est faible, seulement 2,52 g/cm³, soit 1/3 de l'acier ;Module d'élasticité élevé, 450 GPa ;Point de fusion élevé, environ 2447℃ ;Le coefficient de dilatation thermique est faible et la conductivité thermique est élevée.De plus, le carbure de bore a une bonne stabilité chimique, une bonne résistance à la corrosion acide et alcaline, à température ambiante ne réagit pas avec l'acide et la base et la plupart des liquides composés inorganiques, uniquement dans l'acide fluorhydrique-acide sulfurique, le liquide mélangé acide fluorhydrique-acide nitrique a une corrosion lente ;Et la plupart des métaux en fusion ne s’humidifient pas, n’agissent pas.Le carbure de bore a également une bonne capacité à absorber les neutrons, ce qui n'est pas disponible dans d'autres matériaux céramiques.Le B4C possède la densité la plus faible de plusieurs céramiques de blindage couramment utilisées, combinée à un module d'élasticité élevé, ce qui en fait un bon choix pour les matériaux dans les domaines des blindages militaires et spatiaux.Le principal problème du B4C est qu’il est coûteux (environ 10 fois celui de l’alumine) et fragile, ce qui limite sa large application en tant qu’armure de protection monophasée.
⑤Méthode de préparation de la céramique pare-balles.
| Technologie de préparation | Caractéristiques du processus | |
| Avantage | ||
| Frittage à chaud | Avec une faible température de frittage et un temps de frittage court, des céramiques à grain fin et à densité relative élevée et de bonnes propriétés mécaniques peuvent être obtenues. | |
| Frittage à très haute pression | Obtenez un frittage rapide à basse température, taux de densification augmenté. | |
| Frittage par pressage isostatique à chaud | Les céramiques à hautes performances et de forme complexe peuvent être préparées grâce à une basse température de frittage, un temps de frappe court et un retrait uniforme du mauvais corps. | |
| Frittage au micro-ondes | Densification rapide, chauffage uniforme à gradient nul, amélioration de la structure du matériau, amélioration des performances du matériau, haute efficacité et économie d'énergie. | |
| Frittage plasma par décharge | Le temps de frittage est court, la température de frittage est basse, les performances céramiques sont bonnes et la densité du matériau à gradient de frittage à haute énergie est élevée. | |
| Méthode de fusion par faisceau de plasma | La matière première en poudre est entièrement fondue, n'est pas limitée par la taille des particules de la poudre, n'a pas besoin d'un flux à bas point de fusion et le produit a une structure dense. | |
| Frittage par réaction | Technologie de fabrication de taille presque nette, processus simple, faible coût, permet de préparer des pièces de grande taille et de forme complexe. | |
| Frittage sans pression | Le produit présente d'excellentes performances à haute température, un processus de frittage simple et un faible coût.Il existe de nombreuses méthodes de formage appropriées, qui peuvent être utilisées pour de grandes pièces complexes et épaisses, et également adaptées à une production industrielle à grande échelle. | |
| Frittage en phase liquide | Faible température de frittage, faible porosité, grain fin, haute densité, haute résistance | |
| Technologie de préparation | Caractéristiques du processus | |
| Inconvénient | ||
| Frittage à chaud | Le processus est plus complexe, les exigences en matière de matériaux et d'équipements de moulage sont élevées, l'efficacité de la production est faible, le coût de production est élevé et la forme ne peut être préparée qu'avec des produits simples. | |
| Frittage à très haute pression | Ne peut préparer que des produits avec des formes simples, une faible production, un investissement en équipement élevé, des conditions de frittage élevées et une consommation d'énergie élevée.Actuellement, il n’en est qu’au stade de la recherche | |
| Frittage par pressage isostatique à chaud | Le coût de l'équipement est élevé et la taille de la pièce à traiter est limitée | |
| Frittage au micro-ondes | La technologie théorique doit être améliorée, l’équipement fait défaut et n’a pas été largement appliqué | |
| Frittage plasma par décharge | La théorie de base doit être améliorée, le processus est complexe et le coût est élevé, ce qui n'a pas été industrialisé. | |
| Méthode de fusion par faisceau de plasma | Les exigences élevées en matière d'équipement n'ont pas été satisfaites pour une application généralisée. | |
| Frittage par réaction | Le silicium résiduel réduit les propriétés mécaniques à haute température, la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation du matériau. | |
| Frittage sans pression | La température de frittage est élevée, il existe une certaine porosité, la résistance est relativement faible et il y a un retrait volumique d'environ 15 %. | |
| Frittage en phase liquide | Il est sujet à la déformation, au retrait important et à la difficulté de contrôler la précision dimensionnelle. | |
| Céramique |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3 .B4 C .SiC |
| .SiC |
Mise à niveau de la céramique pare-balles
Bien que le potentiel pare-balles du carbure de silicium et du carbure de bore soit très important, le problème de la ténacité à la rupture et de la faible fragilité des céramiques monophasées ne peut être ignoré.Le développement de la science et de la technologie modernes a mis en avant des exigences en matière de fonctionnalité et d'économie de la céramique pare-balles : multifonction, hautes performances, légèreté, faible coût et sécurité.Par conséquent, ces dernières années, les experts et les universitaires espèrent parvenir au renforcement, à la légèreté et à l'économie de la céramique grâce au micro-ajustement, y compris le composite de système céramique multi-composants, la céramique à gradient fonctionnel, la conception de structures en couches, etc., et une telle armure est légère dans poids par rapport au blindage actuel et améliorent mieux les performances mobiles des unités de combat.
Les céramiques fonctionnellement classées montrent des changements réguliers dans les propriétés des matériaux grâce à une conception microcosmique.Par exemple, le borure de titane et le métal de titane et l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le carbure de bore, le nitrure de silicium et l'aluminium métallique et d'autres systèmes composites métal/céramique, la performance du changement de gradient le long de la position de l'épaisseur, c'est-à-dire la préparation d'une dureté élevée transition vers des céramiques pare-balles à haute ténacité.
Les céramiques multiphasées nanométriques sont composées de particules de dispersion submicroniques ou nanométriques ajoutées à la céramique matricielle.Comme le SiC-Si3N4-Al2O3, le B4C-SiC, etc., la dureté, la ténacité et la résistance des céramiques présentent une certaine amélioration.Il est rapporté que les pays occidentaux étudient le frittage de poudres à l'échelle nanométrique pour préparer des céramiques avec une granulométrie de plusieurs dizaines de nanomètres afin d'obtenir une résistance et une ténacité matérielles, et les céramiques pare-balles devraient réaliser une grande avancée à cet égard.
Résumer
Qu'il s'agisse de céramiques monophasées ou de céramiques multiphasées, des meilleurs matériaux céramiques pare-balles ou indissociables du carbure de silicium, du carbure de bore ces deux matériaux.En particulier pour les matériaux en carbure de bore, avec le développement de la technologie de frittage, les excellentes propriétés des céramiques en carbure de bore deviennent de plus en plus importantes et leurs applications dans le domaine des pare-balles seront encore développées.
Heure de publication : 14 décembre 2023