Il s'agit de céramique utilisée pour les plaques pare-balles

③ Les plus couramment utilisésblindématériau céramique

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) et les céramiques de carbure de bore (B4C) sont les plus largement utilisées.

Les céramiques d'alumine ont la densité la plus élevée, mais leur dureté est relativement faible, leur seuil de traitement est bas et leur prix est bas. Selon leur pureté, elles sont divisées en céramiques d'alumine 85/90/95/99, la dureté et le prix correspondants augmentant également.

Comparaison des propriétés de différentes céramiques pare-balles

La céramique en carbure de silicium présente une densité relativement faible, une dureté élevée et constitue une céramique structurale économique ; c'est pourquoi elle est également la céramique pare-balles la plus utilisée en Chine.

Parmi ces céramiques, les céramiques en carbure de bore ont la densité la plus faible et la dureté la plus élevée, mais leurs exigences en matière de technologie de traitement sont également très élevées, nécessitant un frittage à haute température et à haute pression, ce qui explique leur coût plus élevé que celui de ces trois céramiques.

Comparée à ces trois matériaux céramiques pare-balles plus courants, la céramique pare-balles en alumine est la moins chère, mais ses performances pare-balles sont bien inférieures à celles du carbure de silicium et du carbure de bore. C'est pourquoi les unités de production nationales actuelles se concentrent sur le carbure de silicium et le carbure de bore, tandis que la céramique en alumine est rare. Cependant, l'alumine monocristalline permet de fabriquer des céramiques transparentes, largement utilisées comme matériaux transparents à effet lumineux, notamment dans les équipements militaires tels que les masques pare-balles individuels, les vitres de détection de missiles, les vitres d'observation de véhicules et les périscopes de sous-marins.

④ Deux des matériaux céramiques pare-balles les plus populaires

Céramiques pare-balles en carbure de silicium

La liaison covalente du carbure de silicium est très forte et conserve une adhérence élevée même à haute température. Cette caractéristique structurale confère aux céramiques de carbure de silicium d'excellentes propriétés : résistance mécanique, dureté élevée, résistance à l'usure et à la corrosion, conductivité thermique élevée, bonne résistance aux chocs thermiques, etc. De plus, leur prix est modéré et compétitif, ce qui en fait l'un des matériaux de protection haute performance les plus prometteurs.

Les céramiques en carbure de silicium offrent un vaste potentiel de développement dans le domaine de la protection blindée, et leurs applications dans les équipements individuels et les véhicules spéciaux tendent à se diversifier. Lorsqu'elles sont utilisées comme matériau de blindage, compte tenu du coût, des applications spécifiques et d'autres facteurs, on utilise généralement un assemblage de panneaux céramiques et d'une plaque de support composite, liés entre eux, pour former une plaque cible composite céramique. Ce procédé permet de pallier la rupture des céramiques sous contrainte de traction et de garantir que la pénétration d'un projectile ne provoque que la fragmentation d'un seul élément, sans endommager l'ensemble du blindage.

Céramiques pare-balles en carbure de bore

Le carbure de bore est, après le diamant et le nitrure de bore cubique, un matériau superdur dont la dureté atteint 3000 kg/mm². Sa densité est faible (2,52 g/cm³), soit un tiers de celle de l'acier. Il possède un module d'élasticité élevé (450 GPa), un point de fusion élevé (environ 2447 °C), un faible coefficient de dilatation thermique et une conductivité thermique élevée. De plus, le carbure de bore présente une bonne stabilité chimique et une excellente résistance à la corrosion par les acides et les bases. À température ambiante, il ne réagit pas avec les acides et les bases ni avec la plupart des liquides inorganiques. Seules les solutions mixtes d'acide fluorhydrique et d'acide sulfurique, ou d'acide fluorhydrique et d'acide nitrique, présentent une lente corrosion. Enfin, il est inerte vis-à-vis de la plupart des métaux en fusion. Le carbure de bore possède également une excellente capacité d'absorption des neutrons, une propriété rare pour les autres matériaux céramiques. Le B4C possède la plus faible densité parmi plusieurs céramiques de blindage couramment utilisées, associée à un module d'élasticité élevé, ce qui en fait un matériau de choix pour les blindages militaires et le secteur spatial. Son principal inconvénient réside dans son coût élevé (environ dix fois supérieur à celui de l'alumine) et sa fragilité, ce qui limite son utilisation à grande échelle comme blindage de protection monophasé.

⑤Méthode de préparation des céramiques pare-balles.

Amélioration des céramiques pare-balles

Bien que le potentiel pare-balles du carbure de silicium et du carbure de bore soit très important, les problèmes de ténacité à la rupture et de fragilité des céramiques monophasées ne peuvent être négligés. Le développement des sciences et technologies modernes a imposé des exigences en matière de fonctionnalité et de rentabilité pour les céramiques pare-balles : multifonctionnalité, haute performance, légèreté, faible coût et sécurité. C’est pourquoi, ces dernières années, les experts et les chercheurs s’efforcent d’obtenir des céramiques plus résistantes, plus légères et plus économiques grâce à des ajustements précis, notamment par le biais de systèmes composites céramiques multicomposants, de céramiques à gradient fonctionnel et de structures multicouches. Ces blindages, plus légers que les blindages actuels, améliorent la mobilité des unités de combat.

Les céramiques à gradient fonctionnel présentent des variations régulières de leurs propriétés matérielles grâce à une conception microscopique. Par exemple, les systèmes composites métal/céramique à base de borure de titane, de titane métallique et d'oxyde d'aluminium, de carbure de silicium, de carbure de bore, de nitrure de silicium et d'aluminium métallique, présentent des performances variables selon l'épaisseur, permettant ainsi la fabrication de céramiques pare-balles passant d'une dureté élevée à une ténacité élevée.

Les céramiques multiphasées nanométriques sont composées de particules dispersées submicroniques ou nanométriques ajoutées à la matrice céramique. Par exemple, les céramiques SiC-Si₃N₄-Al₂O₃ et B₄C-SiC présentent une dureté, une ténacité et une résistance accrues. Il est rapporté que les pays occidentaux étudient le frittage de poudres nanométriques pour élaborer des céramiques dont la taille des grains est de l'ordre de la dizaine de nanomètres, afin d'obtenir des matériaux à la résistance et à la ténacité élevées. On s'attend à ce que les céramiques pare-balles représentent une avancée majeure dans ce domaine.

En résumé

Qu'il s'agisse de céramiques monophasées ou multiphasées, les meilleurs matériaux céramiques pare-balles sont indissociables du carbure de silicium et du carbure de bore. Concernant le carbure de bore en particulier, grâce aux progrès des techniques de frittage, ses excellentes propriétés sont de plus en plus mises en évidence, et ses applications dans le domaine du blindage pare-balles sont appelées à se développer davantage.