Céramique d’alumine pare-balles | Découvrez les secrets des matériaux céramiques blindés pare-balles
Dans le premier char de combat principal, la vitesse initiale du projectile perforant de blindage à énergie cinétique à grande vitesse en alliage de tungstène était aussi élevée que 1700 ~ 1800m / s, et il pouvait pénétrer une plaque de blindage homogène de 800mm à une distance de 1000m; La puissance de rupture du blindage du projectile perforant de charge de précision équipé du char de combat principal de troisième génération actuel peut pénétrer une plaque d’acier homogène de 1200 ~ 1500 mm.zjwelahead.comEn savoir plus sur BulletproofCéramique d’alumine pare-balles
Avec la mise à niveau progressive des matériaux et des propriétés des projectiles, les matériaux de blindage sont confrontés à de grands défis. Face à la « lance » de plus en plus menaçante, nous devons jeter un « bouclier » indestructible pour améliorer les performances de protection militaire et le niveau de sécurité. Cette demande favorise le développement accéléré et l’application à grande échelle de l’armure composite, et l’un des matériaux importants est les matériaux céramiques pare-balles haute performance. Quel est le principe pare-balles des matériaux céramiques ? Le principe de base de la protection de l’armure est de consommer de l’énergie du projectile, de ralentir le projectile et d’obtenir l’innocuité. La plupart des matériaux d’ingénierie traditionnels, tels que les matériaux métalliques, absorbent l’énergie par déformation structurelle du plastique, tandis que les matériaux céramiques absorbent l’énergie par micro-broyage. Le processus d’absorption d’énergie de la céramique d’armure peut être grossièrement divisé en trois étapes. (1) Phase d’impact initiale: le projectile heurte la surface en céramique pour émousser l’ogive et absorber l’énergie dans le processus d’écrasement de la surface en céramique pour former une petite zone de fragment dur; (2) Stade d’érosion: le projectile contondant continue d’éroder la zone du fragment pour former une couche continue de fragments de céramique; (3) Déformation, fissure et phase de rupture: enfin, une contrainte de traction est générée dans la céramique pour briser la céramique, puis la plaque arrière est déformée et l’énergie restante est absorbée par la déformation du matériau de la plaque arrière. Dans le processus d’impact du projectile sur la céramique, le projectile et la céramique sont endommagés. Quelles sont les exigences de la céramique blindée pour les propriétés des matériaux? En raison de la fragilité de la céramique elle-même, elle se brise plutôt que de se déformer en plastique lorsqu’elle est impactée par un projectile. Sous charge de traction, la rupture se produit d’abord dans des endroits hétérogènes, tels que les pores et les limites des 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 densité théorique) et une structure à grain fin.
Propriétés des matériaux et leur influence sur les performances à l’épreuve des balles. Selon les données, les propriétés mécaniques des céramiques pare-balles devraient être: module élastique E ≤ 280gn / M 2 , dureté HV ≥ 2000, densité ρ ≤ 3000kg / M 3 , le module élastique élevé de la céramique peut déformer et comprimer l’ogive lors de l’impact, et la dureté élevée garantit que l’ogive est labourée et écrasée et absorbe son énergie lorsque l’ogive pénètre dans la plaque céramique. La simulation numérique montre que parmi les cinq paramètres du module de cisaillement de la céramique, de la limite d’élasticité, de la résistance à la traction, de la résistance à la compression et de la résistance aux dommages, le coefficient de protection contre le perçage du blindage de la céramique d’alumine est le plus sensible au module de cisaillement. L’amélioration du module de cisaillement de la céramique devrait être le moyen le plus efficace d’améliorer les performances de protection des céramiques pare-balles à base d’alumine.
Effet de taille de la céramique
Les céramiques pare-balles utilisées dans les blindages composites peuvent être cylindriques, carrées et hexagonales. Parmi eux, les céramiques cylindriques ont la meilleure capacité à l’épreuve des balles, mais il y a de grands écarts; Les blocs de céramique carrés ont de nombreuses coutures droites avec de mauvaises performances pare-balles, ce qui affecte leurs performances à l’épreuve des balles; Les céramiques hexagonales ont de bonnes propriétés complètes, mais la forme et la taille des blocs de céramique doivent être précises.
Méthode de retenue de la céramique
Lorsque les céramiques pare-balles sont pénétrées par des projectiles, ce n’est que lorsque leur intégrité volumique et leur non-expansion sont maintenues qu’elles peuvent jouer pleinement avec les différents mécanismes de dissipation d’énergie de la céramique à haute énergie anti-élastique. Les résultats montrent que sous de bonnes contraintes, la résistance à la pénétration de la céramique est bien meilleure que celle de la céramique sans contrainte. Quatre
Quels sont les matériaux céramiques utilisés pour la protection des blindages
Les matériaux céramiques utilisés pour la protection des armures comprennent principalement l’alumine, le carbure de bore et le carbure de silicium.
Propriétés céramiques adaptées à la fabrication d’armures
Technologie de préparation et tendance de la technologie des matériaux de la céramique pare-balles typique
D’après les caractéristiques du processus de préparation des matériaux céramiques, on peut voir qu’à l’heure actuelle, les processus les plus matures sont le frittage par réaction, le frittage sans pression et le frittage en phase liquide. Ces trois méthodes de frittage ont un faible coût de production, un processus de préparation simple et une grande possibilité de production de masse. Le frittage par pressage à chaud et le frittage isostatique à chaud sont relativement limités par la taille du produit, avec un coût de production élevé et une faible maturité. En général, le frittage à ultra-haute pression, le frittage par micro-ondes, le frittage par plasma par décharge et la fusion par faisceau de plasma ont la maturité la plus faible. Ce sont des méthodes de préparation relativement nouvelles. Cependant, ils ont des exigences élevées en matière de technologie et d’équipement, un coût de production élevé et une faible faisabilité de la réalisation du lot. Ils sont souvent utilisés au stade de l’exploration expérimentale.
Avec la demande de développement d’un système de blindage léger et efficace, les avantages de la céramique pare-balles deviennent de plus en plus importants. De la céramique monophasée, de la céramique multiphasée à la céramique composite à fibres, la ténacité à la rupture des matériaux est progressivement améliorée et la capacité à résister à plusieurs coups est constamment améliorée. Avec le développement de la technologie de préparation des matériaux, de nouveaux matériaux plus performants sont continuellement développés et étudiés. Les nanomatériaux et les structures en couches offrent de nombreux nouveaux choix aux concepteurs de matériaux pour créer des composites plus exotiques afin de minimiser l’expansion de la défaillance d’impact. Les nanotubes de carbone présentent une résistance et une rigidité élevées, et les fullerènes inorganiques ont un grand potentiel d’absorption d’énergie. En plus du développement des matériaux, la conception de nouvelles armures composites est également un autre point chaud de la recherche.
Quels sont les moyens techniques d’améliorer les propriétés de la céramique pare-balles
À l’heure actuelle, les principaux moyens d’améliorer les performances des céramiques pare-balles pour les blindages de protection sont les suivants:
Durcissement et renforcement des fibres La contrainte des céramiques composites SiC / SiC peut être augmentée de 9 fois supérieure à celle des céramiques SiC pures; La ténacité à la rupture du Si3N4 avec la fibre de carbone continue est plus de 4 fois supérieure à celle du Si3N4 pur. En outre, les céramiques plastiques nouvellement développées ont de meilleures performances pare-balles que les céramiques pures et peuvent résister à la pénétration continue de plusieurs projectiles.
Deux
Matériaux à gradient fonctionnel
Le matériau céramique composite avec un changement continu de la céramique au métal est préparé par une méthode de processus spéciale, qui a de meilleures performances pare-balles que l’armure composite composée de plaque de céramique et de plaque métallique.
Trois
Traitement de surface céramique
Afin d’améliorer efficacement la résistance à la fissuration de la céramique, le polissage mécanochimique, la micro-oxydation de surface, le dépôt en phase vapeur et le traitement de surface au laser peuvent être utilisés pour améliorer l’état de surface de la céramique. De plus, l’implantation d’ions métalliques à la surface de la céramique d’alumine par implantation ionique peut augmenter la dureté de surface d’environ 50%; La résistance à la flexion du carbure de silicium et du nitrure de silicium peut être augmentée de 20% ~ 30%.
Sept
État de développement des matériaux céramiques de blindage pare-balles mondiaux
L’armure pare-balles en céramique est devenue une industrie en croissance rapide dans le monde en raison de la guerre contre le terrorisme. Qu’il s’agisse de protection du corps humain ou de protection du blindage des véhicules, les céramiques avancées présentent de nombreux avantages par rapport aux matériaux conventionnels, notamment leur légèreté, leur dureté élevée, leur contrôle unifié de la microstructure, afin qu’elles puissent résister à des menaces plus graves.
Gilet pare-balles en céramique
Parmi les principaux matériaux céramiques pare-balles tels que le carbure de bore (B4C), le carbure de silicium (SIC), l’alumine (Al2O3) et d’autres matériaux céramiques à haute dureté, les céramiques en carbure de silicium sont devenues les produits courants des céramiques pare-balles internationales ces dernières années, y compris le gilet pare-balles du corps humain, la couche pare-balles du ventre d’hélicoptère, le pare-balles de véhicule blindé de char, etc. en raison de leur grande dureté, bon effet pare-balles et coût de fabrication beaucoup plus bas que les céramiques en carbure de bore avec de meilleures performances à l’épreuve des balles. Par exemple, Ceradyne fournit plus de 1 milliard de dollars en armure céramique pare-balles à l’armée américaine chaque année.
Propriétés des matériaux céramiques pare-balles SiC produits par des entreprises de renommée internationalezjwelahead.comEn savoir plus sur BulletproofCéramique d’alumine pare-balles
Avec la mise à niveau progressive des matériaux et des propriétés des projectiles, les matériaux de blindage sont confrontés à de grands défis. Face à la « lance » de plus en plus menaçante, nous devons jeter un « bouclier » indestructible pour améliorer les performances de protection militaire et le niveau de sécurité. Cette demande favorise le développement accéléré et l’application à grande échelle de l’armure composite, et l’un des matériaux importants est les matériaux céramiques pare-balles haute performance. Quel est le principe pare-balles des matériaux céramiques ? Le principe de base de la protection de l’armure est de consommer de l’énergie du projectile, de ralentir le projectile et d’obtenir l’innocuité. La plupart des matériaux d’ingénierie traditionnels, tels que les matériaux métalliques, absorbent l’énergie par déformation structurelle du plastique, tandis que les matériaux céramiques absorbent l’énergie par micro-broyage. Le processus d’absorption d’énergie de la céramique d’armure peut être grossièrement divisé en trois étapes. (1) Phase d’impact initiale: le projectile heurte la surface en céramique pour émousser l’ogive et absorber l’énergie dans le processus d’écrasement de la surface en céramique pour former une petite zone de fragment dur; (2) Stade d’érosion: le projectile contondant continue d’éroder la zone du fragment pour former une couche continue de fragments de céramique; (3) Déformation, fissure et phase de rupture: enfin, une contrainte de traction est générée dans la céramique pour briser la céramique, puis la plaque arrière est déformée et l’énergie restante est absorbée par la déformation du matériau de la plaque arrière. Dans le processus d’impact du projectile sur la céramique, le projectile et la céramique sont endommagés. Quelles sont les exigences de la céramique blindée pour les propriétés des matériaux? En raison de la fragilité de la céramique elle-même, elle se brise plutôt que de se déformer en plastique lorsqu’elle est impactée par un projectile. Sous charge de traction, la rupture se produit d’abord dans des endroits hétérogènes, tels que les pores et les limites des 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 densité théorique) et une structure à grain fin.
Propriétés des matériaux et leur influence sur les performances à l’épreuve des balles. Selon les données, les propriétés mécaniques des céramiques pare-balles devraient être: module élastique E ≤ 280gn / M 2 , dureté HV ≥ 2000, densité ρ ≤ 3000kg / M 3 , le module élastique élevé de la céramique peut déformer et comprimer l’ogive lors de l’impact, et la dureté élevée garantit que l’ogive est labourée et écrasée et absorbe son énergie lorsque l’ogive pénètre dans la plaque céramique. La simulation numérique montre que parmi les cinq paramètres du module de cisaillement de la céramique, de la limite d’élasticité, de la résistance à la traction, de la résistance à la compression et de la résistance aux dommages, le coefficient de protection contre le perçage du blindage de la céramique d’alumine est le plus sensible au module de cisaillement. L’amélioration du module de cisaillement de la céramique devrait être le moyen le plus efficace d’améliorer les performances de protection des céramiques pare-balles à base d’alumine.
Effet de taille de la céramique
Les céramiques pare-balles utilisées dans les blindages composites peuvent être cylindriques, carrées et hexagonales. Parmi eux, les céramiques cylindriques ont la meilleure capacité à l’épreuve des balles, mais il y a de grands écarts; Les blocs de céramique carrés ont de nombreuses coutures droites avec de mauvaises performances pare-balles, ce qui affecte leurs performances à l’épreuve des balles; Les céramiques hexagonales ont de bonnes propriétés complètes, mais la forme et la taille des blocs de céramique doivent être précises.
Méthode de retenue de la céramique
Lorsque les céramiques pare-balles sont pénétrées par des projectiles, ce n’est que lorsque leur intégrité volumique et leur non-expansion sont maintenues qu’elles peuvent jouer pleinement avec les différents mécanismes de dissipation d’énergie de la céramique à haute énergie anti-élastique. Les résultats montrent que sous de bonnes contraintes, la résistance à la pénétration de la céramique est bien meilleure que celle de la céramique sans contrainte. Quatre
Quels sont les matériaux céramiques utilisés pour la protection des blindages
Les matériaux céramiques utilisés pour la protection des armures comprennent principalement l’alumine, le carbure de bore et le carbure de silicium.
- En tant que composé de liaison ionique, les céramiques d’alumine ont une forte force de liaison chimique, un point de fusion élevé (2050 °C), une bonne résistance à l’oxydation et une inertie chimique. Les produits frittés ont une surface lisse, une taille stable et un prix bas. Par conséquent, ils sont largement utilisés dans toutes sortes de véhicules blindés et de vêtements pare-balles militaires et policiers. Cependant, la haute densité, la faible dureté et la ténacité à la rupture d’Al2O3 rendent ses performances à l’épreuve des balles relativement faibles.
- Le carbure de bore est un composé de liaison covalente forte avec une liaison covalente allant jusqu’à 93,9%. Il a un point de fusion élevé et une dureté extraordinaire (35 ~ 45gpa), ce qui est le deuxième après le diamant et le nitrure de bore cubique. En particulier, sa dureté à haute température presque constante et ses bonnes propriétés mécaniques font du B4C l’un des matériaux résistants à l’usure à haute température avec un grand potentiel de développement. B4C a la densité la plus faible parmi plusieurs céramiques de blindage couramment utilisées, et son module élastique élevé en fait un bon choix pour les armures militaires et les matériaux spatiaux. Les principaux problèmes du B4C sont son prix élevé (environ 10 fois celui de l’alumine) et sa grande fragilité, qui limitent sa large application en tant que blindage de protection monophasé.
- Le carbure de silicium a une liaison covalente extrêmement forte et a toujours une liaison à haute résistance à haute température. Cette caractéristique structurelle confère aux céramiques en carbure de silicium une excellente résistance, une dureté élevée, une résistance à l’usure, une 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 ont un prix modéré et des performances de coût élevées. C’est l’un des matériaux de protection de blindage les plus performants.
Propriétés céramiques adaptées à la fabrication d’armures
Technologie de préparation et tendance de la technologie des matériaux de la céramique pare-balles typique
D’après les caractéristiques du processus de préparation des matériaux céramiques, on peut voir qu’à l’heure actuelle, les processus les plus matures sont le frittage par réaction, le frittage sans pression et le frittage en phase liquide. Ces trois méthodes de frittage ont un faible coût de production, un processus de préparation simple et une grande possibilité de production de masse. Le frittage par pressage à chaud et le frittage isostatique à chaud sont relativement limités par la taille du produit, avec un coût de production élevé et une faible maturité. En général, le frittage à ultra-haute pression, le frittage par micro-ondes, le frittage par plasma par décharge et la fusion par faisceau de plasma ont la maturité la plus faible. Ce sont des méthodes de préparation relativement nouvelles. Cependant, ils ont des exigences élevées en matière de technologie et d’équipement, un coût de production élevé et une faible faisabilité de la réalisation du lot. Ils sont souvent utilisés au stade de l’exploration expérimentale.
Avec la demande de développement d’un système de blindage léger et efficace, les avantages de la céramique pare-balles deviennent de plus en plus importants. De la céramique monophasée, de la céramique multiphasée à la céramique composite à fibres, la ténacité à la rupture des matériaux est progressivement améliorée et la capacité à résister à plusieurs coups est constamment améliorée. Avec le développement de la technologie de préparation des matériaux, de nouveaux matériaux plus performants sont continuellement développés et étudiés. Les nanomatériaux et les structures en couches offrent de nombreux nouveaux choix aux concepteurs de matériaux pour créer des composites plus exotiques afin de minimiser l’expansion de la défaillance d’impact. Les nanotubes de carbone présentent une résistance et une rigidité élevées, et les fullerènes inorganiques ont un grand potentiel d’absorption d’énergie. En plus du développement des matériaux, la conception de nouvelles armures composites est également un autre point chaud de la recherche.
Quels sont les moyens techniques d’améliorer les propriétés de la céramique pare-balles
À l’heure actuelle, les principaux moyens d’améliorer les performances des céramiques pare-balles pour les blindages de protection sont les suivants:
Durcissement et renforcement des fibres La contrainte des céramiques composites SiC / SiC peut être augmentée de 9 fois supérieure à celle des céramiques SiC pures; La ténacité à la rupture du Si3N4 avec la fibre de carbone continue est plus de 4 fois supérieure à celle du Si3N4 pur. En outre, les céramiques plastiques nouvellement développées ont de meilleures performances pare-balles que les céramiques pures et peuvent résister à la pénétration continue de plusieurs projectiles.
Deux
Matériaux à gradient fonctionnel
Le matériau céramique composite avec un changement continu de la céramique au métal est préparé par une méthode de processus spéciale, qui a de meilleures performances pare-balles que l’armure composite composée de plaque de céramique et de plaque métallique.
Trois
Traitement de surface céramique
Afin d’améliorer efficacement la résistance à la fissuration de la céramique, le polissage mécanochimique, la micro-oxydation de surface, le dépôt en phase vapeur et le traitement de surface au laser peuvent être utilisés pour améliorer l’état de surface de la céramique. De plus, l’implantation d’ions métalliques à la surface de la céramique d’alumine par implantation ionique peut augmenter la dureté de surface d’environ 50%; La résistance à la flexion du carbure de silicium et du nitrure de silicium peut être augmentée de 20% ~ 30%.
Sept
État de développement des matériaux céramiques de blindage pare-balles mondiaux
L’armure pare-balles en céramique est devenue une industrie en croissance rapide dans le monde en raison de la guerre contre le terrorisme. Qu’il s’agisse de protection du corps humain ou de protection du blindage des véhicules, les céramiques avancées présentent de nombreux avantages par rapport aux matériaux conventionnels, notamment leur légèreté, leur dureté élevée, leur contrôle unifié de la microstructure, afin qu’elles puissent résister à des menaces plus graves.
Gilet pare-balles en céramique
Parmi les principaux matériaux céramiques pare-balles tels que le carbure de bore (B4C), le carbure de silicium (SIC), l’alumine (Al2O3) et d’autres matériaux céramiques à haute dureté, les céramiques en carbure de silicium sont devenues les produits courants des céramiques pare-balles internationales ces dernières années, y compris le gilet pare-balles du corps humain, la couche pare-balles du ventre d’hélicoptère, le pare-balles de véhicule blindé de char, etc. en raison de leur grande dureté, bon effet pare-balles et coût de fabrication beaucoup plus bas que les céramiques en carbure de bore avec de meilleures performances à l’épreuve des balles. Par exemple, Ceradyne fournit plus de 1 milliard de dollars en armure céramique pare-balles à l’armée américaine chaque année.
Propriétés des matériaux céramiques pare-balles SiC produits par des entreprises de renommée internationalezjwelahead.comEn savoir plus sur BulletproofCéramique d’alumine pare-balles
