碳化硅陶瓷防彈片的優勢及防彈原理

        隨著科技的發展，現代化武器的毀傷力越來越強，人們對于防彈材料的重視程度也越來越高。特種陶瓷作為當下很受歡迎的防彈材料，在防彈領域中發揮出了重要作用。特種陶瓷具有高強度、高硬度、低密度、耐腐蝕、高耐磨等特點，比金屬防彈材料重量輕、負荷小，在防彈衣等單兵防彈裝備中優勢極為明顯。目前，已工程化應用的防彈陶瓷主要有氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、碳化硼、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦等。其中，碳化硅是近年來國內外應用研究較多的陶瓷材料，將碳化硅用作防彈材料是近年來國內外研究的熱點。
 

        防彈陶瓷中使用較多的有氧化鋁、碳化硅和碳化硼三種材料。氧化鋁陶瓷防彈片（俗稱白片）在三者中硬度低（HRA90）、密度大，但價格便宜；碳化硼陶瓷防彈片在三者中硬度高、密度低，性能最好，但是價格也遠超其它兩種材料。相比較而言，碳化硅陶瓷防彈片（俗稱黑片）硬度可達HRA92，密度僅為氧化鋁防彈片的82%，價格適中，因此應用廣泛。

        碳化硅(SiC)主要有兩種晶體結構，即立方晶系的β- SiC和六方晶系的α- SiC，它是共價鍵很強的化合物，其Si--C鍵的離子型僅12%左右，因此，相對于氧化鋁、碳化硼等其他陶瓷，它具有更加優良的力學性能、抗氧化性、更高的抗磨損性以及更低的摩擦系數等，此外它熱穩定性好、高溫強度高、熱膨脹系數小、熱導率大以及抗熱震和耐化學腐蝕性好等優良特性受到了各國軍事專家的青睞，并被廣泛運用。

        但是其韌性低這一致命缺點仍是個亟待解決的問題。碳化硅的分子結構和特性決定了其具有韌性較低的特點，當受到子彈撞擊的時候，其超高的強度完全可以抵抗巨大的子彈動能，并瞬間將子彈擊碎，但是它本身也會在受到撞擊的瞬間發生龜裂甚至碎裂成片，這使得碳化硅陶瓷板只能作為一次性插板使用，通常是不可以抵御連續多次射擊的。不過目前許多材料分子學領域的研究學者表示碳化硅的這個韌性低的缺點理論上是可以通過控制燒結過程和陶瓷纖維編制來彌補和克服的。這將極大的拓寬碳化硅在防彈領域的應用范圍，使之成為制造防彈裝備的理想材料。
 

精城特瓷碳化硅防彈板

 

        裝甲防護的基本原理是消耗子彈能量、使子彈減速并達到無害。絕大部分傳統的工程材料，如金屬材料通過結構發生塑性變形來吸收能量，而陶瓷材料則是通過微破碎過程吸收能量。

        碳化硅防彈陶瓷的吸能過程大致可分為3個階段：

        （1）初始撞擊階段：子彈撞擊陶瓷表面，使彈頭變鈍，在陶瓷表面粉碎形成細小且堅硬的碎塊區的過程中吸收能量；

        （2）侵蝕階段：變鈍的子彈繼續侵蝕碎塊區，形成連續的陶瓷碎片層；

        （3）變形、裂縫和斷裂階段：最后陶瓷中產生張應力使陶瓷碎裂，隨后背板變形，剩余的能量全部由背板材料的變形所吸收。子彈撞擊陶瓷的過程中，子彈和陶瓷均受到破壞。

        從性能、價格、發展前景等方面來衡量，碳化硅防彈陶瓷都具有很高的研究價值，在防彈領域中的應用也會越來越廣泛！