Si tratta di ceramica utilizzata per le piastre antiproiettile.

③Il più comunemente usatoantiproiettilemateriale ceramico

Dall'inizio del XXI secolo, le ceramiche antiproiettile si sono sviluppate rapidamente e ne esistono di molti tipi, tra cui allumina, carburo di silicio, carburo di boro, nitruro di silicio, boruro di titanio, ecc., tra le quali le ceramiche di allumina (Al₂O₃), le ceramiche di carburo di silicio (SiC) e le ceramiche di carburo di boro (B4C) sono le più utilizzate.

Le ceramiche di allumina hanno la densità più elevata, ma la durezza è relativamente bassa, la soglia di lavorazione è bassa e il prezzo è contenuto. In base alla purezza, le ceramiche di allumina si dividono in 85/90/95/99, e la durezza e il prezzo corrispondenti aumentano di conseguenza.

Confronto delle proprietà di diverse ceramiche antiproiettile

La ceramica al carburo di silicio ha una densità relativamente bassa, un'elevata durezza, è una ceramica strutturale economicamente vantaggiosa ed è quindi la ceramica antiproiettile più utilizzata in Cina.

Tra queste ceramiche, quelle al carburo di boro presentano la densità più bassa e la durezza più elevata, ma allo stesso tempo richiedono tecnologie di lavorazione molto complesse, come la sinterizzazione ad alta temperatura e alta pressione, risultando quindi le più costose.

Rispetto a questi tre materiali ceramici antiproiettile più comuni, le ceramiche antiproiettile a base di allumina hanno il costo più basso, ma le prestazioni antiproiettile sono di gran lunga inferiori a quelle del carburo di silicio e del carburo di boro. Pertanto, le attuali unità di produzione nazionali di ceramiche antiproiettile si concentrano sul carburo di silicio e sul carburo di boro, mentre le ceramiche a base di allumina sono rare. Tuttavia, l'allumina monocristallina può essere utilizzata per preparare ceramiche trasparenti, ampiamente impiegate come materiali trasparenti con funzioni di trasparenza e trovano applicazione in equipaggiamenti militari come maschere antiproiettile individuali per i soldati, finestre di rilevamento missilistico, finestre di osservazione per veicoli e periscopi per sottomarini.

④ Due dei materiali ceramici antiproiettile più popolari

ceramiche antiproiettile in carburo di silicio

Il legame covalente del carburo di silicio è molto forte e mantiene un'elevata resistenza anche ad alte temperature. Questa caratteristica strutturale conferisce alla ceramica di carburo di silicio eccellenti proprietà di resistenza, elevata durezza, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, elevata conduttività termica, buona resistenza agli shock termici e altro ancora. Allo stesso tempo, il prezzo della ceramica di carburo di silicio è moderato, conveniente e rappresenta uno dei materiali di protezione balistica ad alte prestazioni più promettenti.

Le ceramiche al carburo di silicio hanno un ampio margine di sviluppo nel campo della protezione balistica e le loro applicazioni nel settore delle attrezzature individuali e dei veicoli speciali tendono a diversificarsi. Quando vengono utilizzate come materiale di protezione balistica, considerando i costi, le specifiche esigenze applicative e altri fattori, si ricorre solitamente a una piccola struttura composta da pannelli ceramici e da un supporto composito, uniti tra loro a formare una piastra bersaglio in composito ceramico. Questo permette di superare i problemi di rottura della ceramica dovuti a sollecitazioni di trazione e garantisce che la penetrazione del proiettile provochi la frantumazione di un singolo pezzo senza danneggiare l'intera corazza.

ceramiche antiproiettile al carburo di boro

Il carburo di boro è il materiale più duro conosciuto dopo il diamante e il nitruro di boro cubico, con una durezza fino a 3000 kg/mm²; ha una bassa densità, solo 2,52 g/cm³, pari a 1/3 di quella dell'acciaio; un elevato modulo elastico di 450 GPa; un alto punto di fusione, circa 2447 °C; un basso coefficiente di dilatazione termica e un'elevata conducibilità termica. Inoltre, il carburo di boro presenta una buona stabilità chimica, resistenza alla corrosione da acidi e alcali, a temperatura ambiente non reagisce con acidi e basi e con la maggior parte dei liquidi composti inorganici, solo in presenza di miscele di acido fluoridrico-acido solforico e acido fluoridrico-acido nitrico si verifica una lenta corrosione; inoltre, non si inumidisce con la maggior parte dei metalli fusi e non reagisce. Il carburo di boro ha anche una buona capacità di assorbire neutroni, caratteristica non presente in altri materiali ceramici. Il B4C presenta la densità più bassa tra diverse ceramiche per armature comunemente utilizzate, combinata con un elevato modulo di elasticità, il che lo rende una buona scelta per i materiali impiegati in ambito militare, aerospaziale e per la protezione delle corazze. Il principale problema del B4C è il suo costo elevato (circa 10 volte superiore a quello dell'allumina) e la sua fragilità, che ne limitano l'ampia applicazione come materiale monofase per armature protettive.

⑤Metodo di preparazione della ceramica antiproiettile.

aggiornamento in ceramica antiproiettile

Sebbene il potenziale antiproiettile del carburo di silicio e del carburo di boro sia molto elevato, non si possono ignorare i problemi di tenacità alla frattura e scarsa fragilità delle ceramiche monofase. Lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne ha imposto requisiti specifici per la funzionalità e l'economicità delle ceramiche antiproiettile: multifunzionalità, alte prestazioni, leggerezza, basso costo e sicurezza. Pertanto, negli ultimi anni, esperti e studiosi sperano di ottenere maggiore resistenza, leggerezza ed economicità nelle ceramiche attraverso la micro-regolazione, includendo compositi ceramici multicomponenti, ceramiche a gradiente funzionale, progettazione di strutture stratificate, ecc., in modo che tali armature siano più leggere rispetto alle armature attuali e migliorino le prestazioni di movimento delle unità combattenti.

Le ceramiche a gradiente funzionale mostrano variazioni regolari nelle proprietà del materiale attraverso una progettazione microscopica. Ad esempio, il boruro di titanio e il titanio metallico e l'ossido di alluminio, il carburo di silicio, il carburo di boro, il nitruro di silicio e l'alluminio metallico e altri sistemi compositi metallo/ceramica, presentano una variazione graduale delle prestazioni lungo lo spessore, ovvero la preparazione di ceramiche antiproiettile con transizione da elevata durezza ad elevata tenacità.

Le ceramiche multifase nanometriche sono composte da particelle disperse submicroniche o nanometriche aggiunte alla matrice ceramica. Ad esempio, SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC, ecc., presentano un certo miglioramento in termini di durezza, tenacità e resistenza. È stato riportato che i paesi occidentali stanno studiando la sinterizzazione di polveri su scala nanometrica per preparare ceramiche con una granulometria di decine di nanometri al fine di ottenere resistenza e tenacità del materiale, e si prevede che le ceramiche antiproiettile rappresenteranno una svolta importante in questo ambito.

Riassumere

Che si tratti di ceramiche monofase o multifase, i migliori materiali ceramici antiproiettile sono inseparabili dal carburo di silicio e dal carburo di boro. In particolare, per i materiali a base di carburo di boro, con lo sviluppo della tecnologia di sinterizzazione, le eccellenti proprietà delle ceramiche a base di carburo di boro stanno diventando sempre più evidenti e le loro applicazioni nel campo antiproiettile saranno ulteriormente sviluppate.