碳化硼陶瓷是如何用于防彈裝甲的

碳化硼陶瓷是以B4C為主晶相的陶瓷?；瘜W(xué)式為B4C，六方晶系，暗黑色。熔點(diǎn)2450℃，理論密度2.52g/cm3，維氏硬度49.5GPa，在自然界里面僅次于金剛石和立方氮化硼，它還有較大的熱中子俘獲截面?？捎脕?lái)加工寶石、陶瓷、鑄模、車(chē)刀和軸承等，也可用作噴砂嘴、原子反應堆的中子吸收劑，特別可以用作陶瓷防護裝甲材料。 

1.陶瓷防護裝甲及其防護機理

相對于其他材質(zhì)的防護裝甲，陶瓷裝甲具有硬度高、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，其對彈頭和彈藥破片的防御能力都很強，已成為一種廣泛應用于防彈衣、車(chē)輛和飛機等裝備的防護裝甲?，F在大多數陶瓷裝甲與襯層之間用低硬度、低密度的黏性聚合物黏接而成。當強大的彈藥沖擊波傳播到陶瓷與聚合物黏合層的分界面時(shí)，沖擊波產(chǎn)生強烈的拉抻作用，破壞陶瓷層，同時(shí)強烈的剪切作用破壞聚合物黏合層。在拉抻和剪切作用下，陶瓷層與襯層分離。與此同時(shí)，彈頭和彈藥破片受壓而碎裂，形成圓錐形的碎裂區。正是由于陶瓷具有硬度高的優(yōu)點(diǎn)，才會(huì )將彈頭和彈藥破片的沖擊波能量分解到一個(gè)較大的防護面積；從而有效阻止彈頭和彈藥破片，保護人員的重要部位。

裝甲材料總的發(fā)展趨勢是強韌化、輕量化、多功能和高效率。陶瓷材料是防彈材料中重要的一支，它具有高的硬度和耐磨性，高的壓縮強度和高應力時(shí)的優(yōu)良彈道性能。在子彈的沖擊下（速度＞700～800m/s），陶瓷正面被擊碎而剩余的能量則被反面軟增強材料（尼龍布層等）所吸收，反面材料必須能支持住子彈沖擊后陶瓷材料的碎片和子彈本身。

2.陶瓷防護裝甲的要求

武裝防彈陶瓷要求的性能較多，例如：密度和氣孔率、硬度、斷裂韌性、楊氏模量、聲速、機械強度等，任何一個(gè)性能都不能與整體防彈性能有直接和決定性的關(guān)系，因而斷裂機理十分復雜，裂紋形成是由許多因素引起的，而且發(fā)生的時(shí)間十分短暫。

防彈陶瓷的氣孔率應盡量低，以提高硬度和楊氏模量，對Al2O3瓷來(lái)說(shuō)，其氣孔率應接近于零，而吸水率不超過(guò)0.02%。

陶瓷的硬度要求很高，應高于飛行彈頭的硬度，對Al2O3陶瓷來(lái)說(shuō)，硬度Hv應超過(guò)12.2～12.5GPa。

高的聲速，一般通過(guò)聲音在陶瓷中傳播速度來(lái)表征陶瓷沖擊面上消耗能量的能力，高的聲速表示陶瓷有良好的致密化和低的封閉氣孔。根據實(shí)際經(jīng)驗，Al2O3瓷的聲速應大于10000m/s，最好是10500～11500m/s。

 3.陶瓷防護裝甲的類(lèi)型

陶瓷防護裝甲一般有兩種防彈類(lèi)型，主要為單片陶瓷結構和復合陶瓷結構。

單片結構陶瓷包括氧化物陶瓷(主要是Al2O3)和非氧化物陶瓷(例如：B4C、SiC、Si3N4、AlN和TiB2等)，以及二元系統(例如：B4C-TiB2基復合陶瓷)。一般來(lái)說(shuō)，非氧化物陶瓷具有更高的物理性能和相對低的密度（除TiB2基陶瓷外），作為防彈比Al2O3更有利。然而這些材料制造方法多用價(jià)格較貴的熱壓，不易產(chǎn)業(yè)化。但熱壓可提高防彈陶瓷的機械性能，這一點(diǎn)也是明顯的。

復合陶瓷結構具有高的防彈性能，其具有更高的斷裂韌性。在射彈沖擊之后，與單片陶瓷相比，復合陶瓷結構具有較好的完整性。幾種復合陶瓷如下：Al2O3/SiCw、Al2O3/SiCf、Al2O3/Cf、TiB2/B4Cp、TiB2/SiCp以及金屬陶瓷，這些復合陶瓷需要特別的工藝和設備，因而價(jià)格也比較貴。

 4.碳化硼(B4C)陶瓷裝甲

相對于其他陶瓷材料體系，B4C陶瓷具有低密度（2.52g/cm3）、超高的硬度（維氏硬度36GPa）的優(yōu)越特性，目前主要用于某些對防護性能有更高要求的特殊場(chǎng)合，如美軍的V22“魚(yú)鷹”旋轉翼飛機的機組人員座椅。另外，英軍使用的增強型人體護甲（EBA）也采用了B4C陶瓷，其可以防御12.7mm鋼芯穿甲彈。EBA里面還有一層“鈍傷”防護層，在陶瓷受到?jīng)_擊但沒(méi)有被穿透、襯層發(fā)生變形時(shí)保護人體免受鈍傷，從而保護人體重要器官不受傷害。英國B(niǎo)AE系統公司先進(jìn)陶瓷分公司就生產(chǎn)B4C陶瓷，并且已經(jīng)用作美軍“攔截者”防彈衣的防護插板。

目前中國武直-10開(kāi)始安裝了B4C陶瓷防彈板。該陶瓷板應該與先前巴陸軍測試的Z-10P上的陶瓷板相同，位于飛行員雙肩處，型號為ZJYP1-9110-200，據研判可抗12.7mm彈的沖擊，平時(shí)不用時(shí)可以放下。防彈陶瓷板的曝光證明武直-10的防護能力比原先估計的要更強大，相信武直-10K也應該有同樣的配置。

5.碳化硼陶瓷粉體細度對力學(xué)性能的影響

根據陶瓷學(xué)的基本原理我們知道，陶瓷制品生產(chǎn)中所使用的粉體原料粒徑越小、分布越窄，越有利于降低陶瓷的燒結溫度、縮短燒結所需時(shí)間，從而得到晶粒細小的陶瓷制品，這就能獲得優(yōu)異的力學(xué)性能及其他綜合性能。所以，對于碳化硼制品生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，選擇碳化硼超細粉體進(jìn)行制品生產(chǎn)，能從當前主要的熱壓燒結工藝改為無(wú)壓燒結工藝，不但能降低生產(chǎn)成本，還能降低廢品率并提高制品性能，有利于廠(chǎng)家自己技術(shù)與產(chǎn)品升級，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競爭能力。

6.碳化硼陶瓷的加工方法

碳化硼陶瓷的加工難度非常大，采用傳統方式無(wú)法對其進(jìn)行加工。目前碳化硼陶瓷的加工方法主要有：磨床加工、陶瓷雕銑機加工、內外圓磨加工等，加工難度主要在于材料硬度大，一般的刀具是無(wú)法對其進(jìn)行加工的。鑫騰輝數控致力于碳化硼陶瓷雕銑機生產(chǎn)，并可為您提供免費的打樣服務(wù)。咨詢(xún)熱線(xiàn)：15012558160。