③En yaygın kullanılankurşun geçirmezseramik malzeme
21. yüzyıldan beri kurşun geçirmez seramikler hızla gelişmiştir ve alümina, silisyum karbür, bor karbür, silisyum nitrür, titanyum borür vb. dahil olmak üzere birçok çeşidi bulunmaktadır; bunlar arasında alümina seramikler (Al₂O₃), silisyum karbür seramikler (SiC) ve bor karbür seramikler (B4C) en yaygın kullanılanlardır.
Alümina seramikler en yüksek yoğunluğa sahip olmakla birlikte, sertlikleri nispeten düşüktür, işleme eşiği düşüktür, fiyatları düşüktür; saflık derecelerine göre %85/%90/%95/%99 alümina seramikler olarak sınıflandırılırlar ve buna bağlı olarak sertlik ve fiyatları da artar.
| Malzemeler | Yoğunluk /(kg*m²) | Elastik modül /(GN*m²) | HV | Alümina fiyatına eşdeğer |
| Bor karbür | 2500 | 400 | 30000 | X 10 |
| Alüminyum oksit | 3800 | 340 | 15000 | 1 |
| Titanyum diborür | 4500 | 570 | 33000 | X10 |
| Silisyum karbür | 3200 | 370 | 27000 | X5 |
| Oksidasyon kaplama | 2800 | 415 | 12000 | X10 |
| BC/SiC | 2600 | 340 | 27500 | X7 |
| Cam seramikler | 2500 | 100 | 6000 | 1 |
| Silikon nitrür | 3200 | 310 | 17000 | X5 |
Farklı kurşun geçirmez seramiklerin özelliklerinin karşılaştırılması
Silisyum karbür seramiğin yoğunluğu nispeten düşük, sertliği yüksek ve maliyet etkinliği yüksek bir yapısal seramiktir; bu nedenle Çin'de en yaygın kullanılan kurşun geçirmez seramik türüdür.
Bor karbür seramikler, bu seramikler arasında en düşük yoğunluğa ve en yüksek sertliğe sahiptir, ancak aynı zamanda işleme teknolojisi gereksinimleri de çok yüksektir; yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı sinterleme gerektirir, bu nedenle maliyetleri de bu üç seramik arasında en yüksektir.
Bu üç yaygın kurşun geçirmez seramik malzemeyle karşılaştırıldığında, alümina kurşun geçirmez seramiklerin maliyeti en düşüktür, ancak kurşun geçirmezlik performansı silisyum karbür ve bor karbürden çok daha azdır; bu nedenle, şu anda yerli üretim birimleri silisyum karbür ve bor karbür kurşun geçirmez seramikler üretirken, alümina seramikler nadirdir. Bununla birlikte, tek kristalli alümina, ışık fonksiyonlarına sahip şeffaf malzemeler olarak yaygın olarak kullanılan ve bireysel asker kurşun geçirmez maskeleri, füze tespit pencereleri, araç gözlem pencereleri ve denizaltı periskopları gibi askeri ekipmanlarda uygulanan şeffaf seramiklerin hazırlanmasında kullanılabilir.
④Kurşun geçirmez seramik malzemeler arasında en popüler iki tanesi
Silisyum karbür kurşun geçirmez seramikler
Silisyum karbürün kovalent bağı çok güçlüdür ve yüksek sıcaklıklarda bile yüksek mukavemetli bağ özelliğini korur. Bu yapısal özellik, silisyum karbür seramiklerine mükemmel mukavemet, yüksek sertlik, aşınma direnci, korozyon direnci, yüksek ısı iletkenliği, iyi termal şok direnci ve diğer özellikler kazandırır. Aynı zamanda, silisyum karbür seramiğinin fiyatı makul ve ekonomiktir; bu da onu en umut vadeden yüksek performanslı zırh koruma malzemelerinden biri yapar.
Silisyum karbür seramikler, zırh koruma alanında geniş bir gelişim potansiyeline sahiptir ve kişisel ekipman ve özel araçlar alanındaki uygulamaları çeşitlenme eğilimindedir. Koruyucu zırh malzemesi olarak kullanıldığında, maliyet, özel uygulama durumları ve diğer faktörler göz önünde bulundurularak, genellikle seramiklerin çekme gerilimi nedeniyle kırılmasını önlemek ve merminin nüfuz etmesinin tüm zırha zarar vermeden yalnızca tek bir parçayı parçalamasını sağlamak için, seramik panellerin ve kompozit arka plakanın bir araya getirilmesiyle oluşturulan seramik kompozit hedef plaka kullanılır.
Bor karbür kurşun geçirmez seramikler
Bor karbür, elmas ve kübik bor nitrürden sonra bilinen en sert malzemedir ve 3000 kg/mm²'ye kadar sertliğe sahiptir; yoğunluğu düşüktür, sadece 2,52 g/cm³ olup çeliğin 1/3'ü kadardır; yüksek elastik modülüne (450 GPa) sahiptir; yüksek erime noktasına (yaklaşık 2447℃) sahiptir; düşük termal genleşme katsayısına ve yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Ayrıca, bor karbür iyi kimyasal kararlılığa, asit ve alkali korozyon direncine sahiptir; oda sıcaklığında asit ve bazlarla ve çoğu inorganik bileşik sıvısıyla reaksiyona girmez, sadece hidroflorik asit-sülfürik asit, hidroflorik asit-nitrik asit karışım sıvısında yavaş korozyona uğrar; ve çoğu erimiş metalde nemlenmez, etki etmez. Bor karbür ayrıca, diğer seramik malzemelerde bulunmayan iyi bir nötron emme yeteneğine de sahiptir. B4C, yaygın olarak kullanılan zırh seramiklerinin birçoğu arasında en düşük yoğunluğa sahip olup, yüksek elastikiyet modülü ile birleştiğinde, askeri zırh ve uzay alanlarında malzeme olarak iyi bir seçim haline gelmektedir. B4C'nin ana sorunu, pahalı (alüminanın yaklaşık 10 katı) ve kırılgan olmasıdır; bu da tek fazlı koruyucu zırh olarak geniş uygulama alanını sınırlamaktadır.
⑤Kurşun geçirmez seramiklerin hazırlama yöntemi.
| Hazırlık teknolojisi | Proses özellikleri | |
| Avantaj | ||
| Sıcak pres sinterleme | Düşük sinterleme sıcaklığı ve kısa sinterleme süresi ile ince taneli, yüksek bağıl yoğunluğa sahip ve iyi mekanik özellikler gösteren seramikler elde edilebilir. | |
| Süper yüksek basınçlı sinterleme | Hızlı ve düşük sıcaklıkta sinterleme sağlanarak yoğunlaşma oranı artırıldı. | |
| Sıcak izostatik presleme sinterleme | Düşük sinterleme sıcaklığı, kısa dövme süresi ve kötü gövdenin homojen büzülmesi ile yüksek performanslı ve karmaşık şekilli seramikler hazırlanabilir. | |
| Mikrodalga sinterleme | Hızlı yoğunlaştırma, sıfır gradyanlı homojen ısıtma, malzeme yapısını iyileştirme, malzeme performansını artırma, yüksek verimlilik ve enerji tasarrufu. | |
| Deşarj plazma sinterleme | Sinterleme süresi kısa, sinterleme sıcaklığı düşük, seramik performansı iyi ve yüksek enerjili sinterleme gradyanlı malzemenin yoğunluğu yüksektir. | |
| Plazma ışınlı eritme yöntemi | Toz halindeki hammadde tamamen erir, tozun parçacık boyutuyla sınırlı değildir, düşük erime noktalı akı maddesine ihtiyaç duymaz ve ürün yoğun bir yapıya sahiptir. | |
| Reaksiyon sinterlemesi | Net boyuta yakın üretim teknolojisi, basit işlem, düşük maliyet, büyük boyutlu, karmaşık şekilli parçaların hazırlanmasına olanak tanır. | |
| Basınçsız sinterleme | Ürün, mükemmel yüksek sıcaklık performansı, basit sinterleme işlemi ve düşük maliyetiyle öne çıkmaktadır. Birçok uygun şekillendirme yöntemi sayesinde karmaşık ve kalın büyük parçalar için kullanılabilir ve büyük ölçekli endüstriyel üretime de uygundur. | |
| Sıvı faz sinterleme | Düşük sinterleme sıcaklığı, düşük gözeneklilik, ince taneli yapı, yüksek yoğunluk, yüksek mukavemet. | |
| Hazırlık teknolojisi | Proses özellikleri | |
| Dezavantaj | ||
| Sıcak pres sinterleme | Bu süreç daha karmaşık, kalıp malzemeleri ve ekipman gereksinimleri yüksek, üretim verimliliği düşük, üretim maliyeti yüksek ve şekil ancak basit ürünlerde hazırlanabiliyor. | |
| Süper yüksek basınçlı sinterleme | Sadece basit şekilli ürünler üretilebiliyor, üretim miktarı düşük, ekipman yatırımı yüksek, sinterleme koşulları yüksek ve enerji tüketimi yüksek. Şu anda sadece araştırma aşamasında. | |
| Sıcak izostatik presleme sinterleme | Ekipman maliyeti yüksek ve işlenecek iş parçasının boyutu sınırlı. | |
| Mikrodalga sinterleme | Teorik teknolojinin geliştirilmesi gerekiyor, ekipman yetersiz ve yaygın olarak uygulanmıyor. | |
| Deşarj plazma sinterleme | Temel teorinin geliştirilmesi gerekiyor, süreç karmaşık ve maliyet yüksek; bu nedenle henüz sanayileştirilmedi. | |
| Plazma ışınlı eritme yöntemi | Geniş çaplı uygulama için gereken yüksek ekipman gereksinimleri karşılanamamıştır. | |
| Reaksiyon sinterlemesi | Kalan silikon, malzemenin yüksek sıcaklık mekanik özelliklerini, korozyon direncini ve oksidasyon direncini azaltır. | |
| Basınçsız sinterleme | Sinterleme sıcaklığı yüksektir, belirli bir gözeneklilik vardır, mukavemeti nispeten düşüktür ve yaklaşık %15 hacim küçülmesi meydana gelir. | |
| Sıvı faz sinterleme | Deformasyona, büyük ölçüde büzülmeye eğilimlidir ve boyutsal doğruluğun kontrolü zordur. | |
| Seramik |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| AL2O3 |
| B4 C .SiC |
| AL2O3.B4 C .SiC |
| .SiC |
Kurşun geçirmez seramik yükseltmesi
Silisyum karbür ve bor karbürün kurşun geçirmezlik potansiyeli çok büyük olsa da, tek fazlı seramiklerin kırılma tokluğu ve düşük kırılganlık sorunları göz ardı edilemez. Modern bilim ve teknolojinin gelişimi, kurşun geçirmez seramiklerin işlevselliği ve ekonomikliği için gereksinimler ortaya koymuştur: çok işlevli, yüksek performanslı, hafif, düşük maliyetli ve güvenli. Bu nedenle, son yıllarda uzmanlar ve bilim insanları, çok bileşenli seramik sistem kompoziti, fonksiyonel gradyan seramikler, katmanlı yapı tasarımı vb. dahil olmak üzere mikro ayarlamalar yoluyla seramiklerin güçlendirilmesini, hafifletilmesini ve ekonomik olmasını sağlamayı ummaktadırlar. Bu tür zırhlar, günümüz zırhlarına kıyasla daha hafiftir ve muharebe birimlerinin hareket kabiliyetini daha iyi artırır.
Fonksiyonel olarak derecelendirilmiş seramikler, mikroskobik tasarım yoluyla malzeme özelliklerinde düzenli değişiklikler gösterir. Örneğin, titanyum borür ve titanyum metal ve alüminyum oksit, silisyum karbür, bor karbür, silisyum nitrür ve metal alüminyum ve diğer metal/seramik kompozit sistemlerde, kalınlık boyunca kademeli performans değişimi, yani yüksek sertlikten yüksek tokluğa geçiş gösteren kurşun geçirmez seramiklerin hazırlanması söz konusudur.
Nanometre çok fazlı seramikler, matris seramiklere eklenen alt mikron veya nanometre dağılımlı parçacıklardan oluşur. SiC-Si3N4-Al2O3, B4C-SiC vb. gibi seramiklerin sertliği, tokluğu ve mukavemetinde belirli bir iyileşme görülmektedir. Batı ülkelerinin, malzeme mukavemeti ve tokluğunu elde etmek için onlarca nanometre tane boyutuna sahip seramikler hazırlamak amacıyla nano ölçekli tozların sinterlenmesi üzerinde çalıştığı ve bu konuda kurşun geçirmez seramiklerde büyük bir atılımın beklendiği bildirilmektedir.
Özetlemek gerekirse
İster tek fazlı seramikler olsun ister çok fazlı seramikler, en iyi kurşun geçirmez seramik malzemeler silisyum karbür ve bor karbür olmak üzere iki malzemeden ayrı düşünülemez. Özellikle bor karbür malzemeler için, sinterleme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte bor karbür seramiklerin mükemmel özellikleri giderek daha belirgin hale gelmekte ve kurşun geçirmezlik alanındaki uygulamaları daha da geliştirilmektedir.
Yayın tarihi: 14 Aralık 2023