Depuis le début de cette année, les conflits mondiaux tels que le conflit russo-ukrainien et le conflit israélo-palestinien ont attiré une large attention dans le monde entier. Dans un tel environnement mondial, la défense nationale de divers pays est progressivement devenue tendue, ce qui a récemment rendu le marché de certains matériels militaires très chaud. Parmi eux, en tant que deux géants de l'industrie de la céramique pare-balles, le carbure de silicium et le carbure de bore ne seront certainement pas absents. Savez-vous pourquoi la céramique est pare-balles ? Quelles sont les exigences de performance des céramiques pare-balles pour les matériaux ? Explorons-le ensemble.
Quel est le principe pare-balles des matériaux céramiques ?
Le principe de base de la protection blindée est de consommer l'énergie du projectile, de ralentir le projectile et d'atteindre l'innocuité. La grande majorité des matériaux d'ingénierie traditionnels, tels que les matériaux métalliques, absorbent l'énergie par déformation plastique structurelle, tandis que les matériaux céramiques absorbent l'énergie par des processus de micro-concassage. Le processus d’absorption d’énergie des céramiques pare-balles peut être grossièrement divisé en trois étapes :
Étape d'impact initiale :
Le projectile heurte la surface en céramique, ce qui fait que l'ogive s'émousse et absorbe de l'énergie pendant le processus d'écrasement et de formation de fragments petits et durs sur la surface en céramique ;
Stade d'érosion :
Le projectile contondant continue d’éroder la zone fragmentée, formant une couche continue de fragments de céramique ;
Étapes de déformation, fissuration et fracture :
Enfin, des contraintes de traction sont générées dans la céramique, provoquant sa fracture. Par la suite, le panneau arrière se déforme et toute l'énergie restante est absorbée par la déformation du matériau du panneau arrière. Lors du processus d'impact du projectile sur la céramique, le projectile et la céramique sont endommagés.
Quelles sont les exigences relatives aux propriétés des matériaux de la céramique pare-balles ?
En raison de la fragilité des céramiques elles-mêmes, elles subissent une fracture plutôt qu'une déformation plastique lorsqu'elles sont soumises à l'impact d'un projectile. Sous charge de traction, la fracture se produit d'abord dans des zones hétérogènes telles que les pores et les joints de grains. Par conséquent, afin de minimiser la concentration de micro-contraintes, les céramiques de blindage doivent être des céramiques de haute qualité avec une faible porosité (jusqu'à 99 % de la valeur de densité théorique) et une structure à grains fins.
Il existe de nombreux types de matériaux céramiques pare-balles, notamment l'alumine, le carbure de silicium, le carbure de bore, le nitrure de silicium, le borure de titane, etc. Parmi eux, la céramique d'alumine (Al2O3), la céramique de carbure de silicium (SiC) et la céramique de carbure de bore (B4C) sont le plus largement utilisé. Les céramiques d'oxyde d'aluminium ont la densité la plus élevée, mais une dureté relativement faible, un seuil de traitement plus bas et un prix inférieur. Selon la pureté, ils sont divisés en céramiques d'oxyde d'aluminium 85/90/95/99, et la dureté et le prix correspondants augmentent également séquentiellement.
Le carbure de silicium et le carbure de bore comme matières premières pour les matériaux pare-balles ?
Le carbure de silicium a une liaison covalente très forte et conserve une liaison très résistante à haute température. Cette caractéristique structurelle confère aux céramiques de carbure de silicium d'excellentes propriétés telles que la résistance, une dureté élevée, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, une conductivité thermique élevée et une bonne résistance aux chocs thermiques. Dans le même temps, les céramiques en carbure de silicium sont d'un prix modéré et rentables, ce qui en fait la céramique pare-balles la plus utilisée en Chine et l'un des matériaux de protection blindés hautes performances les plus prometteurs. Les céramiques SiC disposent d'un large espace de développement dans le domaine de la protection des blindages, et leurs applications dans les domaines des équipements individuels et des véhicules spéciaux tendent à se diversifier. En tant que matériau de blindage protecteur, compte tenu de facteurs tels que le coût et l'application spéciale, les petits panneaux en céramique et le panneau arrière composite sont généralement liés pour former une cible composite en céramique afin de surmonter la défaillance de la céramique provoquée par la contrainte de traction et de garantir qu'une seule pièce est écrasé sans détruire l'ensemble du blindage lorsque le projectile pénètre.
Le carbure de bore est un matériau extrêmement dur dont la dureté est juste derrière celle du diamant et du nitrure de bore cubique. Parmi ces céramiques, la dureté est la plus élevée et la densité la plus faible, seulement 2,52 g/cm3, soit 1/3 de celle de l'acier. Module élastique élevé, faible coefficient de dilatation thermique et conductivité thermique élevée. De plus, le carbure de bore a une bonne stabilité chimique, une bonne résistance à la corrosion acide et alcaline, et ne réagit pas avec les acides et les alcalis et la plupart des liquides composés inorganiques à température ambiante ; Et il est non mouillant et non réactif avec la plupart des métaux fondus. Le carbure de bore possède également une bonne capacité d’absorption des neutrons, que n’ont pas les autres matériaux céramiques. Le B4C a la densité la plus faible parmi plusieurs céramiques de blindage couramment utilisées, et son module d'élasticité élevé en fait un bon choix pour les blindages militaires et les matériaux spatiaux. Mais en même temps, cela nécessite également une technologie de traitement élevée, qui nécessite un frittage à haute température et haute pression, de sorte que le coût est le plus élevé parmi les trois céramiques (environ 10 fois celui de l'alumine), ce qui limite sa large application en tant que céramique unique. armure de protection de phase. En comparant ces trois types de matériaux céramiques pare-balles courants, la céramique pare-balles d'alumine a le coût le plus bas, mais ses performances pare-balles sont bien pires que celles du carbure de silicium et du carbure de bore. Par conséquent, le carbure de silicium et le carbure de bore sont devenus les deux matériaux céramiques pare-balles les plus populaires, qui se trouvent principalement dans les unités de production de céramique pare-balles nationales, 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 matériau transparent doté d'une fonction optique, et sont appliquées aux équipements militaires tels que les masques pare-balles individuels, les fenêtres de détection de missiles, les fenêtres d'observation des véhicules, les périscopes sous-marins, etc. .
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