碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用第三部分
特种陶瓷课程设计论文无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计.
北方民族大学课程设计报告院（部、中心）材料科学与工程学院姓名王乾象学号 20090167 专业材料科学与工程班级 094 同组人员张中马海浪温润浩海延军课程名称特种陶瓷材料课程设计设计题目名称无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计起止时间成绩指导教师签名北方民族大学教务处制目录一研究背景和意义 (1)二生产工艺流程 (2)三原料准备 (3)3.1原料配比 (3)3.2各添加剂的作用 (3)四主要设备及其工作原理、结构和前景 (5)4.1主要设备 (5)4.2主要设备的工作原理、结构和前景 (5)五实验过程 (16)5.1粉料制备 (16)5.2素坯成型 (16)5.3素坯烧结 (17)5.4 加工 (17)5.5性能测试 (17)六数据处理 (18)七SiC陶瓷生产工艺平面布置图 (20)八制品缺陷分析 (21)九小结 (21)十参考文献 (22)一研究背景和意义由于防弹材料用于坦克、自行火炮、直升飞机及单兵防弹服、头盔、防弹盾板等，故要求重量轻，可见防弹材料应具备的特性可概括为：高硬度、高强度、高韧性和低密度，即“三高一低”。
对于防弹材料早在古代以采用青铜作铠甲，近代坦克仍然离不开钢甲，但陶瓷的防弹性能明显高于钢甲。
这是由于陶瓷的低密度效应、吸能效应、磨损效应和动力学效应等有益于发挥陶瓷材料的抗弹能力。
满足以上条件的要属于碳化硅陶瓷了。
还要值得指出的是，穿甲弹丸、碎片等投射物主要依靠其动能来攻击目标，因此对投射物的防御就是如何有效地降低投射物的速度，并消耗其动能；另一个不可忽视的是投射物在撞击和侵彻目标时还产生应力波，在正对弹着点的背面处，往往造成圆锥形的碎裂崩落，则是应力波在背面自由表面反射形成拉伸波所致。
碳化硅（SiC）陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如高的强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。
在航空、航天、汽车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应用。
碳化硅陶瓷的发展与应用
碳化硅陶瓷的发展与应用1073112 王苗摘要：碳化硅陶瓷以其优异的抗热震、耐高温、抗氧化和耐化学腐蚀等特性而广泛地应用于石油、化学、汽车、机械和宇航等工业领域中，并日益引起人们的重视。
本文对各种SiC 陶瓷的制备方法、性能特点及其应用现状进行了综合评述。
关键词：碳化硅陶瓷发展与应用Abstract: Silicon carbide ceramics have been widely used in petroleum, chemical, automotive，mechanical and aerospace industries because of their excellent resistance to thermal shock, high temperatures, oxidation and chemical corrosion. In this paper, the fabricating methods, mechanical properties and current applications of various SiC ceramics are revicwed.Key Words: SiC Ceramics Development and Application1 前言现代国防、核能和空间技术以及汽车工业、海洋工程的迅速发展, 对火箭燃烧室内衬、飞机涡轮发动机叶片、核反应堆结构部件、高速气动轴承和机械密封零件等材料的要求愈来愈高, 迫切需要开发各种新型高性能结构材料。
碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性, 因此, 已经在许多领域大显身手, 并日益受到人们的重视。
例如, SiC陶瓷在石油化学工业中已被广泛地用作各种耐腐蚀用容器及管道在机械工业中已被成功地用作各种轴承、切削刀具和机械密封部件在宇航和汽车工业中也被认为是未来制造燃气轮机、火箭喷嘴和发动机部件的最有希望的候选材料。
碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷【摘要】碳化硅陶瓷是一种极其重要的材料，它在工程领域和各行各业都有广泛的应用。
文章简述了碳化硅陶瓷的发展过程，综述了其在陶瓷球、磨料磨具、碳化硅陶瓷基复合材料以及其他方面的应用。
展望了碳化硅陶瓷在工业领域的应用前景以及高技术碳化硅陶瓷的重要应用，提出发展碳化硅陶瓷生产技术应有紧迫感。
【关键词】碳化硅；陶瓷球；磨料磨具；复合材料Abstract: 碳化硅ceramics is a very important material，it is applied widely in project field and many other industries．The article summarized 碳化硅ceramics' development history and application in ceramic balls，abrasives，碳化硅ceramic matrix composite and other aspects．In addition，碳化硅ceramics' prospective application in the high technology and the importance of high technology 碳化硅ceramics are proposed with impressive sense．Key words: 碳化硅; ceramic balls; abrasives; matrix composite引言21 世纪，随着科学技术的发展，信息、能源、材料、生物工程已经成为当今社会生产力发展的四大支柱，碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点［1-2］，在材料领域发展迅速。
碳化硅陶瓷因具有密度低、热膨胀系数小、硬度高、耐高温，弹性模量大、耐腐蚀等特点，普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体材料、陀螺、测量仪、航空航天等领域。
碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用
碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用摘要：碳化硼陶瓷是一种新型功能陶瓷材料，具有硬度高、高温强度大、抗热震性好和抗蚀性强等特点，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。
本文介绍了碳化硼陶瓷的性能、制备方法及在防弹领域的应用进行了探讨。
关键词：碳化硼陶瓷；烧结工艺；防弹领域1引言碳化硼是一种新型功能陶瓷材料，具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、抗磨损等优良特性，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。
碳化硼陶瓷因其具有超高硬度（HV7000）、高温强度（1000℃）和高强度（1800 MPa），同时又具有良好的韧性和抗热震性，被誉为“陶瓷中的钻石”。
因此，对碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用将具有良好的现实意义。
2碳化硼防弹陶瓷的制备方法2.1 无压烧结无压烧结是一种既简便又经济的制备方法，其所需要的主要设备有冷压压制机和烧结炉。
目前，碳化硼陶瓷无压烧结成型工艺主要有灌浆成型工艺、凝胶注模成型工艺、冷等静压成型工艺等。
通过单向挤压的方法，获得了足够加工强度的坯料。
冷等静压可获得致密、受力均匀的毛坯，其性能显著改善，逐渐成为高性能碳化物制品的普适性成形技术。
纯B4C的无压烧结是一种极难实现的材料，其致密化过程中的孔洞缺陷及致密程度是决定材料性能的重要因素。
结果表明，烧结温度、粉体尺寸对致密程度有较大的影响。
粉体材料对碳化硼陶瓷的烧结性有很大的影响。
粉体越细，加热速度越快，对提高致密度越有利。
随着粉体尺寸的减小、比表面积的增大，烧结驱动力增大：提高粉体的表面积、提高烧结温度，使致密性得到提高，致密度达到56%-71%。
迅速的加热有利于获得高的致密性的良好的显微组织，这是由于挤压能够被加热到这样的温度，在微观组织变粗化之前发生致密化。
结果表明，在2250-2350℃的高温下，使用含氧量≤3 m的超细粉，是实现纯碳化硼无压烧结的关键。
1.2 热压烧结热压烧结是在高强石墨模中填充干燥混合均匀的碳化硼粉末，并在加热的同时，对其进行单向加压，从而达到成形与烧结的目的。
碳化硅陶瓷的发展及应用
碳化硅陶瓷的发展及应用碳化硅陶瓷是一种新兴的陶瓷材料，具有出色的性能和广泛的应用前景。
在过去几十年里，碳化硅陶瓷得到了广泛的研究和开发，取得了重要的进展和突破，在许多领域都有各种应用。
首先，碳化硅陶瓷具有出色的耐高温性能。
它的熔点高达2700，在高温环境下能够保持稳定的性能，不易熔化和变形。
因此，碳化硅陶瓷被广泛应用于高温炉、导热材料、热交换器等领域，可以有效地提高设备的使用寿命和性能。
其次，碳化硅陶瓷还具有优异的硬度和抗磨性能。
它的硬度接近于金刚石，能够抵抗高速摩擦和磨损，因此被广泛应用于磨料、切割工具、轴承等领域。
此外，碳化硅陶瓷的抗腐蚀性能也很好，可以在恶劣的化学环境中长期使用。
碳化硅陶瓷还具有良好的导热性和绝缘性能。
它的导热系数较高，热膨胀系数较低，能够快速传导热量并保持稳定的形状和尺寸。
同时，碳化硅陶瓷是一种优秀的绝缘材料，能够有效地阻止电流的流动，广泛应用于电气绝缘和高压设备。
此外，碳化硅陶瓷还具有良好的化学稳定性和生物相容性。
它不易与其他物质发生反应，可以稳定地用于化学实验、医学器械等领域。
此外，碳化硅陶瓷还具有一定的生物相容性，可以广泛应用于生物医学材料、人工关节等领域。
最近，碳化硅陶瓷在能源领域的应用也引起了广泛关注。
碳化硅陶瓷可以作为太阳能电池的基底材料，可以提高太阳能电池的转化效率和稳定性。
此外，碳化硅陶瓷在电池材料、燃料电池等领域的应用也有很大的潜力。
总之，碳化硅陶瓷作为一种新型的陶瓷材料，具有出色的性能和广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，相信碳化硅陶瓷在各个领域的应用将会越来越广泛，为人们的生活和工作带来更多的便利和惊喜。
碳化硅陶瓷的性能与应用
碳化硅陶瓷的性能与应用李 缨1 黄凤萍2 梁振海1(1咸阳陶瓷研究设计院 陕西咸阳 712000) (2陕西科技大学化工学院 西安 710021)摘 要 详细的介绍了碳化硅原料的生产,碳化硅陶瓷的抗氧化、耐酸碱等化学性能,微观结构、色泽、热膨胀和导热系数、硬度、韧性等物理性能。
并阐述了3种常用碳化硅陶瓷的致密化技术以及碳化硅在耐火材料、军事、航空航天、钢铁、电气和电工等工业部门的应用以及优越的性能和未来的应用前景。
关键词 碳化硅 陶瓷 性能 应用 碳化硅是一种人造材料,只是在人工合成碳化硅之后,才证实陨石中及地壳上偶然存在碳化硅,碳化硅的分子式为SiC,分子量为40.07,质量百分组成为70. 045的硅与29.955的碳,碳化硅的密度为3.16～3.2g 。
由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能,近年来被广泛应用于航空航天、机械工业、电子等各个领域,市场前景广阔,因此,研究其性能与应用具有十分重要的意义。
1 碳化硅粉体的制备碳化硅粉体的制备方法较多,有最古老的阿奇逊合成法(Acheson),也有近十几年发展起来的激光法和有机前驱体法,以下介绍的是典型的Acheson碳化硅合成方法[1]。
该方法是采用碳热还原过程将SiO2与C反应生成SiC,反应式如下:SiO2+3C SiC+2C O二氧化硅原料的可选用熔融石英砂或破碎过的石英岩,碳可用石墨、石油焦或无灰无烟煤制取,加入NaCl和木屑作为添加剂,一般在2000～2400℃的电弧炉中反应合成。
整个反应炉由可移动的耐火砖组成,长10～20m,宽与高3～4m,可容纳400t石墨电极,放在两端,通电后产生高温。
由于反应过程中整个电弧炉很大,温度场的分布不均匀,中心温度远高于炉壁温度,因此造成在碳化硅的合成炉生成带中产物的不均匀,并常有不纯物质,核芯部位的产物是纯的绿色碳化硅,向外杂质较多,一般杂质为铁、铝、碳等,因此颜色呈黑色。
此方法生产的SiC再经分拣与粉碎后分级成不同粒径的颗粒。
碳化硅陶瓷行业介绍
一简介：碳化硅陶瓷是由碳化硅粉和有机粘合剂在添加剂的作用下烧结的一种陶瓷材料，是陶瓷材料中高温力学性能最好的，也是非氧化物陶瓷中抗氧化性最好的。
二性能：热导率大、高温强度大、耐磨损性能好、热膨胀系数小、高温抗氧化性强。
三分类：按照结构可以分为致密SiC陶瓷和多孔SiC陶瓷两大类。
多孔陶瓷因其特殊的性能，在冶金、化工、能源等多个领域都有广泛应用。
孔隙性质孔隙性质包括孔率、孔隙形貌、孔径及分布等力学性能多孔SiC陶瓷材料脆性大，通常使用弯曲强度或压缩力学性能强度表征其力学性能。
孔率及制备方式对多孔SiC陶瓷力学性能影响较大。
导热性能对于孔隙分布均匀的多孔陶瓷而言，随着孔率提高，其热导率逐步下降。
但由于不同工艺制备的多孔陶瓷材料的孔隙形貌存在较大差异，因此传热过程也就相应地多变而复杂。
四碳化硅陶瓷的生产制备流程：1成型技术：（A）模压成型就是在外加压力作用下，克服凝聚力、摩擦力，减少互作用力，破坏拱桥现象，提高粉律之间的结合密度，减少气孔率的过程。
根据陶瓷粉料中所含水分或溶剂的多少,又分干压和半干压两种。
（B）等静压成型是指在常温下对密封于塑性模具中的粉料各向同时施压的一种成型工艺技术。
（C）挤压成型是将可塑料用挤压机的螺旋或活塞挤压向前，通过机嘴成为所要求的各种形状。
2烧结技术：（A）常压烧结即在通常压力下加入一定烧结助剂来烧结SiC。
固相烧结SiC 常在SiC细粉中加入B和C来促进烧结。
液相烧结SiC则常加入一些在高温时能与SiC形成共熔相的稀土氧化物烧结助剂，从而烧结SiC。
优点：工艺操作简单，成本经济，主要应用在大量生产形状简单的陶瓷零件。
缺点：烧结助剂添加量通常较高，SiC陶瓷中会残留有较多烧结助剂，导致SiC制品的各项性能受到了较大影响。
（B）反应烧结SiC是在SiC粉伸中加入一定的碳，然后在高温下加入一定的气相或液相的Si,在高温下使Si与C反应生成SiC,生成的SiC把生坯中的SiC 结合起来，使SiC烧结致密。
碳化硅在军工方面的应用
碳化硅在军工方面的应用
碳化硅是一种非常硬的陶瓷材料，具有优异的热导性、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特点，因此在军工领域有广泛的应用。
1. 防护装备：碳化硅可以用于军用防护装备，例如防弹衣、头盔和护盾等。
由于其硬度高、耐冲击力强，可以有效地提供防弹和防刺能力。
2. 护甲材料：碳化硅也被广泛用作军用车辆护甲材料，包括坦克和装甲车。
由于其高硬度和耐冲击性能，可以提供优异的防护性能，抵御来自敌方的炮弹和爆炸冲击。
3. 弹头材料：碳化硅可以用于导弹和火箭弹的弹头材料。
它的高硬度和耐高温性能可以提供有效的穿透能力和毁伤能力，增强弹头的杀伤效果。
4. 高温环境应用：碳化硅的耐高温性能使其适用于军事航空领域的高温部件，如发动机喷嘴、尾焰抑制器和燃烧室等。
它可以承受高温气流和高压力环境，提供稳定的性能和可靠的工作。
5. 激光设备：碳化硅可以作为激光器材料，用于军事激光器系统。
由于其良好的热导性和热稳定性，可以有效地散发激光器产生的热量，避免器件过热。
总而言之，碳化硅在军工领域的应用主要集中在防护装备、护甲材料、弹头材料、高温环境应用以及激光设备等方面，利用
其硬度、耐高温和耐腐蚀等特点，提供军事装备和系统所需的优异性能和可靠性。
碳化硅陶瓷的应用
碳化硅陶瓷的应用碳化硅陶瓷的应用由于碳化硅陶瓷所具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度，使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。
主要有以下几个方面：# ?' S$ q9 [1 {3 W/ S1 ?密封环碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。
它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV 值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。
我公司生产的SIC-1型碳化硅常压烧结制品，具有密度高、硬度高、生产批量大、可生产复杂形状制品的特点，适用于高性能的密封件中使用，特别是高PV 值及耐强酸、强碱的工况。
而我公司生产的SIC-3型碳化硅陶瓷制品是含石墨的碳化硅材料。
由于在碳化硅基体中含有大量的弥散细小的石墨颗粒，与其它材料配对使用时，其摩擦系数非常小，具有良好的自润滑性能，特别适用于制作气密封或有干摩擦工况的密封件中使用，从而使密封件的使用寿命及工作的可靠性提高。
. X! R% m3 a% o6 T) r! ~研磨介质（磨介）碳化硅陶瓷由于其高硬度的特点而广泛用于耐磨机械零件中，特别是球磨机中的研磨介质（磨介）。
球磨机中所用的磨介对研磨效率有着重要的影响，其基本要求是硬度高、韧性好，以保证研磨效率高、掺杂少的要求。
我公司生产的SIC-1型碳化硅陶瓷磨介适合于普通球磨机中使用，它具有硬度高、强度高、价格适中的特点。
而SIC-2型碳化硅陶瓷磨介则由于强度高、韧性好，适合于振动球磨机和搅动球磨机中使用。
合理地选择磨介可保证你以最低的成本获得较高的研磨效率和最少的掺杂。
. v( C9 u G, g j; t9 G7 @材料硬度HV比重g/cm3强度MPa韧性掺杂价格碳钢9007.9450(抗拉强度）好大低550 3.2 210极差较大低氧化铝1900 3.9 450一般较少一般氧化锆1700 5.9 900较好较少氮化硅1900 3.2 1100 较好较少较高碳化硅2300 3.2 620一般少较高碳化硼2800 2.5 410极少高防弹板碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、弹道性能较好、价格较低，而广泛用于防弹装甲中，如车辆、舰船的防护以及民用保险柜、运钞车的防护中。
碳化硅陶瓷在汽车技术的应用.doc
无机固体材料学课程论文浅析碳化硅陶瓷在汽车技术方面的应用院系专业姓名 xxx碳化硅陶瓷在汽车技术方面的应用及发展前景摘要车用碳化硅陶瓷特性及其用途分类。
碳化硅陶瓷材料在汽车上的应用，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都有积极意义。
碳化硅陶的主要性能及其在汽车发动机、柴油机微粒过滤器、催化转化器、制动器、减震装置、轴承、传感器等方面的应用。
有广阔的发展前景。
关键词：碳化硅陶瓷特性车用碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷的发展前景前言一碳化硅的历史1.1碳化硅的起源是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。
1.2碳化硅的发展关于碳化硅的几个事件：1905年第一次在陨石中发现碳化硅；1907年第一只碳化硅晶体发光二极管诞生；1955年理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将碳化硅作为重要的电子材料；1958年在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流；1978年六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究，到1978年首次采用“LELY 改进技术”的晶粒提纯生长方法；1987年～至今以CREE的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的碳化硅基。
1.3碳化硅的简介英文名称：silicon carbide,俗称金刚砂。
纯碳化硅是无色透明的晶体。
工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。
碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。
α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种二碳化硅陶瓷的结构性质与应用2.1 碳化硅陶瓷的性质以碳化硅SiC为主要成分的陶瓷。
【精品文章】碳化硅陶瓷的常见应用简介
碳化硅陶瓷的常见应用简介
随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的高度发展，经常要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优越性能，才能在比较苛刻的工作环境中使用。
由于碳化硅
陶瓷材料具有抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，已成为尖端科学的重要
组成部分，受到普遍重视。
碳化硅陶瓷大量应用于石油化工、冶金机械、航空航天、微电子、汽车、钢铁等领域，并日益显示出其他特种陶瓷所无法比拟的优点。
碳化硅陶瓷常见应用简介：
1、耐火材料
国外将碳化硅用作耐火材料的数量大于用作磨料。
我国亦在不断扩大这方面的应用，根据国外厂商的习惯，耐火材料黑色碳化硅通常分为3种牌号：
A、高级耐火材料黑碳化硅。
这种牌号的化学成分要求与磨料用黑色碳化硅完全相同，主要用以制造高级碳化硅制品，如重结晶碳化硅制品、燃气轮机构件、喷嘴、氮化硅结合碳化硅制件、高炉高温区衬材、高温窑炉构件、高温窑装窑支承件、耐火匣钵等。
B、二级耐火材料黑色碳化硅，含碳化硅大于90%。
主要用于制造耐中等。
碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用第一部分
碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用摘要：通过可以作为防弹护甲的材料进行比较，一步步揭示出如今最符合现代化战争需要的高性能防弹护甲——碳化硅陶瓷防弹护甲，一一介绍出它相对于其他防弹护甲材料的优越性能，但由于该护甲也具有自身缺陷，所以通过理论上的知识来人为的改变其生产过程等方法来增强碳化硅防弹陶瓷的性能，使其成为现代化战争中真正的无敌护甲。
关键词：碳化硅陶瓷；防弹护甲；抗弹性能；应用引言：由于国内外软质防弹衣只能防护低速的子弹，对于步枪等发射的高速子弹或者某些钢芯弹头，只能采用以软质防弹衣为基础，在重点部位加插硬质护板的方式来抵御。
目前硬质护板中只有陶瓷复合板符合现在重量、性能、价格方面符合大家的要求，其中的碳化硅陶瓷抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度高、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，受到了各国军事专家的亲睐，并被广泛应用，但是其韧性低这一致命缺点亟待解决，不过在理论上是可以通过控制烧结过程、通过陶瓷纤维编制来弥补这个弱点。
从而使碳化硅防弹陶瓷成为最理想的防弹护甲。
1.选用碳化硅陶瓷作为防弹陶瓷的主体的原因在这几种材料中，超高分子量聚乙烯板最轻，但价格最高；防弹钢板价格最便宜但是但其重量最重，造成战争个体机动性降低；而防弹陶瓷复合板则显示出其良好的优越性，物美价廉。
且对于速度更高的穿甲弹，单独采用防弹钢板和超高分子量聚乙烯板均达不到理想防护效果，更多的选用陶瓷复合板。
1.2陶瓷的种类很多，目前可用于个体防护的主要有氧化铝（Al2O3）、氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）、碳化硼（B4C）等。
目前已确定用M值（弹道质量因素）来衡量陶瓷材料的抗弹性能M=EH/ρ式中，E是杨氏模量，H是硬度，ρ是密度。
【4】。
防弹陶瓷插板的应用现状和发展
防弹陶瓷插板的应用现状和发展发表时间：2020-12-07T08:05:12.776Z 来源：《防护工程》2020年25期作者：崔正浩1,2 潘智勇1,2 陈虹1,2 虎龙1,2 艾青松1,2 许冬梅1,2方心灵1,2[导读] 在九十年代前，金属一直都是防护装备的首选材料，并且被军队大量需要。
在九十年代后，高强度陶瓷逐渐走进防护装备市场，对防弹产业和产品带来革新和冲击。
而陶瓷片是无法直接做成防弹衣应用于军队战斗中的，因为其过于沉重不方便活动，无法做战术运动，所以一般制成防弹插板使用。
陶瓷插板适用于多领域，本文通过对防弹陶瓷插板的性能和特征进行介绍，分析对比了近年来不同材质的防弹陶瓷插板，以及国内外应用情况。
崔正浩1,2 潘智勇1,2 陈虹1,2 虎龙1,2 艾青松1,2 许冬梅1,2 方心灵1,21.北京航天试验技术研究所，北京7205信箱北京 1000742.北京航天雷特机电工程有限公司，北京7205信箱1分箱北京 100074摘要：在九十年代前，金属一直都是防护装备的首选材料，并且被军队大量需要。
在九十年代后，高强度陶瓷逐渐走进防护装备市场，对防弹产业和产品带来革新和冲击。
而陶瓷片是无法直接做成防弹衣应用于军队战斗中的，因为其过于沉重不方便活动，无法做战术运动，所以一般制成防弹插板使用。
陶瓷插板适用于多领域，本文通过对防弹陶瓷插板的性能和特征进行介绍，分析对比了近年来不同材质的防弹陶瓷插板，以及国内外应用情况。
关键词：高强度陶瓷；陶瓷插板；防弹衣1 陶瓷插板的基本特性1.1防弹机理陶瓷插板常常应用在个体防护领域，作为防弹衣上的一个“配件”。
因其材质具有高硬度、高模量的优点，在防弹的过程中能够起到“破弹”（粉碎弹头）的作用。
最常见的陶瓷防弹插板材质包括氧化铝、碳化硅、碳化硼等。
从防弹机能上来看，插板设计采用防弹陶瓷在前，高韧性纤维织物在后的结构，这种设计结构完全符合陶瓷装甲的吸能机制，使得其能够有效地吸收弹头的能量，由撞击阶段，弹头侵蚀阶段和吸收消散阶段三个阶段共同组成[1]。
装甲防护陶瓷材料的研究与应用
装甲防护陶瓷材料的研究与应用*张文毓(中国船舶重工集团公司第七二五研究所河南洛阳471023)摘要近10年来,陶瓷材料在防护装甲上的应用逐渐增多,已经成为装甲防护材料的主要选择㊂材料体系从最初的氧化铝㊁碳化硅㊁碳化硼陶瓷向多元化㊁复合化发展,具有高硬度和高韧性的新型材料不断涌现,以应对更高级别的威胁㊂笔者对装甲防护陶瓷材料进行了概述,并对其研究现状㊁应用进展和发展趋势进行了综述㊂关键词装甲防护陶瓷抗弹性能应用中图分类号:T Q174.75+8文献标识码:B文章编号:1002-2872(2020)08-0016-05为适应现代高科技战争㊂作为提高舰船生存能力的一项重要的被动防护技术 装甲防护日益受到重视㊂二战前后,舰船装甲防护主要以均质金属装甲为主,但随着武器装备的发展,特别是聚能破甲反舰导弹的发展,目前已可穿透厚1000mm以上的均质钢装甲,对舰攻击时一般都能穿透舰体,并形成直径10m左右的爆炸破口㊂因此,传统的钢装甲已经不能满足现代战争的要求,必须研制出密度小㊁防护能力高的新型轻质防弹装甲㊂自20世纪70年代以来,随着材料技术的发展,由单一依靠均质钢装甲逐步向设计复合装甲结构发展方向已成为舰船装甲防护技术的主流㊂目前轻型防护装甲的设计是提高其防护能力和尽量减轻自重,以提高其机动能力㊂陶瓷材料因其密度小,且具有比装甲钢更高的硬度㊁抗压强度㊁耐热性㊁动态应力性能,而被广泛应用于轻型复合装甲的设计中㊂故轻型复合装甲为多层结构,以陶瓷板为主体,配合其他复合材料㊂突破传统重型复合装甲结构设计,以高硬度陶瓷面板取代装甲钢面板,充分发挥陶瓷的高硬度和高抗压强度,可提高陶瓷复合装甲的抗弹性能[1]㊂1概述为了应对当代高科技战争,世界各国对防弹装甲技术越来越重视,对装甲材料的性能提出了越来越高的要求㊂装甲的防护性能主要是通过抗侵彻能力㊁抗冲击能力㊁抗崩落能力和自重等方面来予以评价,因此装甲材料应尽可能地满足高硬度㊁高强度㊁高韧性以及低密度,即 三高一低 的要求㊂装甲防护材料主要用于装甲车辆㊁坦克㊁航母㊁舰艇㊁直升机等装备,它们能承受反装甲武器的攻击,可提高武器装备和作战人员的生存能力和作战能力㊂纵观古今中外,用做装甲的材料大体有4类,即:金属㊁陶瓷㊁凯芙拉(K e v l a r)和玻璃钢㊂金属材料具有高硬度和韧性,但是硬度较陶瓷材料低,特别是密度大,不能满足单兵和装备高灵活性的要求,成为逐步被其他材料所替换的主要原因㊂凯芙拉和陶瓷材料与金属材料相比具有密度低㊁耐高温等诸多优点,满足了坦克及其它军用装甲车辆轻量化㊁高防护性及高机动性的需求,在武器装备上的应用日益广泛[2]㊂目前,国外已经在舰船上应用了大量的陶瓷装甲㊂美国在舰船的天线㊁炮台上都已使用了陶瓷复合装甲,并预计其在研的A A A V级两栖攻击舰艇也将会使用陶瓷复合装甲;此外,资料显示,国外的水陆两栖战车㊁海军登陆艇等都不同程度地利用陶瓷基复合装甲的优秀抗弹性能提高其抵御来自岸防武器威胁的能力㊂据悉,美国在研制作战机动灵活的小型巡逻艇㊁微型潜艇等新式轻型舰船,在其结构设计中,陶瓷装甲作为防御系统的主体得到了充分的肯定㊂2研究现状陶瓷材料拥有许多极具吸引力的性能,包括高比刚度㊁高比强度和在许多环境下的化学惰性㊂同时,因其相对于金属的低密度㊁高硬度和高抗压强度,使其在*作者简介:张文毓(1968-),本科,高级工程师;主要从事情报研究工作㊂装甲系统上的应用十分具有吸引力,己成为一种广泛应用于防弹衣㊁车辆和飞机等装备的防护装甲㊂在20世纪60年代,B 4C 最先用于设计防弹背心,之后装配到飞机飞行员的座椅上㊂之后,又将陶瓷面板与复合材料背板共同构成防弹陶瓷复合装甲,且于20世纪70年代后被美国等西方军事强国应用于运兵车㊁坦克及军机等㊂陶瓷装甲主要应用于装甲车辆,在实际应用中常以复合装甲的形式出现,如英国 挑战者 坦克㊁E E -T 1奥索里约主战坦克等㊂陶瓷作为装甲防护材料的主要优势是强度和硬度高㊁耐磨㊁密度小等,而易破碎㊁抗多发打击性能弱的劣势则在一定程度上限制了其应用㊂目前,防弹陶瓷主要朝着提高抗多发打击性能㊁减轻质量及降低成本这3个方面进行㊂国内外现阶段主要使用的特种防弹陶瓷有B 4C ㊁A l 2O 3㊁S i C ㊁T i B 2㊁A l N ㊁S i 3N 4㊁S i -a l o n 等[3]㊂用于装甲防护的单相陶瓷主要包括氧化铝㊁碳化硼和碳化硅㊂表1为3种陶瓷的特征性能㊂尽管单相陶瓷具备一定的防弹能力,但共性问题是断裂韧性低㊁脆性大,因此,防弹陶瓷的强韧化一直是研究的热点方向㊂强韧方法主要包括多元陶瓷体系复合㊁功能梯度陶瓷㊁层状结构设计等㊂M e d v e d o v s k i 对S i C -A l 2O 3㊁S i C-S i 3N 4-A l 2O 3㊁S i C-S i -A l 2O 3和S i C -S i 3N 4-S i -A l 2O 3这些碳化硅基的复合材料进行了研究㊂复合装甲包括2层含义:一是装甲用复合材料制成,二是装甲采用了复合结构㊂任何复合装甲的研究都是为了优化复合材料和复合结构㊂当前,陶瓷复合装甲早已不限于2种复合材料和较为单一的复合结构㊂在实验领域,已经出现了陶瓷㊁金属㊁纤维㊁硅硫等复数复合,且结构方面也出现了复数层数㊂通过对陶瓷复合装甲的种类和现今应用情况的分析,不难发现,陶瓷+复合金属采用功能梯度复合形式的复合材料是较为理想的应用形式㊂主要研究的方向在于具体组分设计㊁微观修饰㊁制备工艺的改进以及对成本的控制[4]㊂表1 典型防弹陶瓷的性能陶瓷密度(g ㊃c m -3)弹性模量(G P a)努氏硬度断裂韧性(M P a㊃m 1/2)价格(元㊃k g -1)A l 2O 33.60~3.9034018002.8~4.570~80B 4C 2.5040029002.8~4.3700~800S i C3.12~3.28408~45125004.0~6.4350~4002.1 氧化铝(A l 2O 3)陶瓷氧化铝陶瓷具有高硬度㊁高耐磨㊁低摩擦系数等优点,通常以单晶体和多晶体的形式,用于要求耐热和耐磨的各种应用中㊂在一些特殊应用中采用晶须增韧和相变增韧陶瓷,例如,耐火材料㊁火花塞绝缘体㊁装甲和轴承等㊂不过,陶瓷也拥有太脆韧性不够等缺点㊂氧化铝陶瓷基本上不存在塑性变形,低韧性会导致其很容易受到热和机械冲击载荷而发生破坏㊂氧化铝陶瓷应用于装甲设计有很多优点,价格便宜而且成形工艺多种多样㊂2.2 碳化硼(B 4C )陶瓷碳化硼(B 4C )陶瓷是一种密度低㊁高耐磨㊁高强度极硬的陶瓷㊂碳化硼陶瓷广泛应用于坦克车的装甲㊁防弹衣㊁喷砂嘴㊁特殊密封环以及其他很多工业用品中㊂碳化硼陶瓷是一种重要的工程陶瓷材料,具有低密度(2.52g /c m 3)㊁高熔点(2450ħ)㊁高硬度㊁高弹性模量㊁化学稳定性好以及高中子俘获率等特点,因此B 4C 及其复合材料被广泛地应用于工程领域,尤其是用作新型装甲陶瓷㊂早在20世纪60年代,美国就推出了以B 4C 为芯部的防弹复合装甲,黑鹰武装直升机的机身腹部和乘员座椅也采用由B 4C 和K e v l a r 纤维组成的复合装甲㊂但是,碳化硼是强共价键化合物(共价键比例达到93%以上),塑性差,晶界移动阻力大,并且在碳化硼粉体颗粒表面常常有一层B 2O 3薄膜,阻碍了烧结过程中的物质扩散,因此B 4C 是一种极难烧结的陶瓷材料,这极大地限制了B 4C 陶瓷的应用[5]㊂2.3 碳化硅陶瓷S i C 陶瓷由于具有高温强度大㊁抗氧化性强㊁耐磨损性好㊁热稳定性佳㊁热膨胀系数小㊁热导率大㊁硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性,因此是当前最有前途的结构陶瓷之一,并且已在许多高技术领域(如空间技术㊁核物理等)及基础产业(如石油化工㊁机械㊁车辆㊁造船等)得到应用,如用作精密轴承㊁密封件㊁气轮机转子㊁喷嘴㊁热交换器部件及原子核反应堆材料等㊂将S i C陶瓷用作装甲材料是近年来国内外研究的热点㊂作为装甲材料,对陶瓷的抗弯强度和硬度则有更高的要求[6]㊂2.4硼化钛(T i B2)陶瓷硼化钛陶瓷(T i B2)是一种具有高强度㊁高硬度和高耐磨性的非氧化物陶瓷㊂目前,主要应用于防弹衣㊁装甲和切割材料等㊂热压㊁热等静压(H I P)㊁无压烧结和微波烧结等工艺都可以用于生产完全致密的硼化钛陶瓷㊂2.5纤维增韧陶瓷复合材料战争中人员和装备的快速安全移动对轻质结构防护材料提出了持续需求,纤维复合陶瓷材料则是提供能量吸收和质量减轻的最佳组合方式㊂用于增韧陶瓷的纤维主要包括玻璃纤维和碳纤维㊂如轻型车辆吉普的面板通常都是基于S-2玻璃纤维(65%的S i O2, 25%的A l2O3和10%的M g O),这会比传统的低碱铝硼硅酸盐E玻璃纤维(名义组成是54%的S i O2,14%的A l2O3,22%的C a O+M g O和10%的B2O3)有更高的断裂应变和弹性模量㊂由陶瓷/凯芙拉材料组成的复合装甲自从问世以来,由于其特有的物理性能和良好的防弹㊁防辐射能力,在武器装备㊁航空航天等领域的应用逐渐广泛㊂美国㊁俄罗斯㊁日本㊁欧共体等己经把该复合装甲成功地应用在多种武器装备上,显著地提高了综合防护能力㊂但鉴于技术保密,有关该材料的加工方法㊁加工技术很少有文章发表㊂2.6透明陶瓷随着材料制备技术的发展,更高性能的新材料不断被开发和研究㊂现代化战争对装甲系统的要求越来越高,不仅要求能够实现全方位的防护,还要求不能妨碍士兵们的行动能力,变 被动 为 主动 ,发展能预先识别目标,并利用诱饵触发和物理摧毁方式破坏来袭武器的 主动装甲 ,成为作战中的一大优势㊂以氮氧化铝(A l O N)和镁铝尖晶石(M g A l2O4)为代表的透明陶瓷已应用于装甲防护领域,既能保护人体又能随时观察敌情㊂透明陶瓷因高强度和硬度,已成为可替代防弹玻璃的具有发展潜力的防护材料,如面罩㊁导弹探测窗口㊁地面作战车辆保护窗㊁飞机的挡风玻璃和降落窗等,主要有单晶氧化铝(蓝宝石)㊁氮氧化铝和镁铝尖晶石㊂当前,陶瓷装甲材料研究的重点是提高其韧性并降低生产成本㊂美国采用微波烧结技术提高生产效率,大幅降低了生产成本,并实现了碳化硅和硼化钛陶瓷材料的规模化生产㊂为提高抗弹性能,美国计划发展全致密碳化硅㊁氧化铝㊁硼化钛和碳化硼等单质陶瓷材料㊁陶瓷基复合材料及透明陶瓷材料[7]㊂陶瓷材料凭借其优异特性,已经成为了当前国内外装甲防护领域的研究热点与发展重点㊂由于军事工程应用的需要,如何提高陶瓷材料的力学性能,深入探究装甲防护陶瓷材料的动态力学特性以及陶瓷复合装甲的抗弹机理,成为了当前装甲防护的重点研究课题㊂3应用进展目前,世界各国对于装甲防护技术研究可以分为材料改进与结构设计2个方向㊂在军用装甲上应用较为广泛的防护材料主要有金属材料㊁陶瓷材料㊁复合材料等,功能结构设计上有蜂窝结构㊁金属封装结构等特殊结构㊂对装甲材料要求的防弹性能包括抗侵彻㊁抗冲击和抗崩落能力㊂陶瓷材料作为一种先进的高技术材料,具有高强度㊁高硬度㊁耐腐蚀㊁高耐磨性和质量轻的特点,它不仅可用在坦克的防护上,而且也可用在飞机㊁舰船㊁车辆㊁关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上,其应用范围越来越广泛㊂实践表明,世界上许多先进坦克采用高性能的陶瓷防护装甲后,防护能力都得到了明显提高㊂为了提高防弹能力,一般采用陶瓷复合装甲㊂舰船用陶瓷复合装甲除了要求有良好的防弹性能外,还需要质量轻,所以对装甲的要求是密度尽可能小㊂因此,在装甲的设计中必须充分考虑复合装甲中各个组成部分的密度,通过优化结构,在最小面密度下实现最大防护效果[8]㊂3.1防弹陶瓷陶瓷是一种脆性材料,在受到冲击时容易破碎,通常不单独做成防护装甲,而是与金属和其它纤维材料一起做成复合装甲;复合装甲中使用的陶瓷通常被改成陶瓷块,使得当某块陶瓷被弹体击碎时,其它陶瓷块还仍然有效㊂陶瓷材料主要应用于以对付中㊁大口径长杆穿甲弹为首要目标的装甲系统,这些弹药主要采用烧蚀破坏机理,另外也应用于防弹背心,陶瓷与复合背面材料结合使用提供要求的防护能力㊂工程应用中,陶瓷复合装甲广泛用在坦克㊁装甲车等装备的防护装甲上㊂但陶瓷材料塑性差㊁断裂强度低㊁易产生脆性断裂,且不能二次防弹,此外,其成形尺寸较小㊁生产效率低,且因其具有极高的硬度和脆性,二次成形加工十分困难,特别是成形孔的加工尤其困难,因而制备成本高,使用局限性较大㊂目前,用于防弹的三大陶瓷材料是氧化铝(A l2O3)㊁碳化硅(S i C)和碳化硼(B4C)㊂氧化铝因其成本低而在防弹上得到更广泛的应用,但其防弹等级最低㊁密度也最大;碳化硼防弹性能最好㊁密度最小,但其价格最为昂贵,20世纪60年代就最先用来作为设计防弹背心的材料;碳化硅陶瓷材料在成本㊁防弹性能和密度指标方面均介于二者之间㊂因而最有可能成为氧化铝防弹陶瓷的升级换代产品[9]㊂3.2陶瓷复合装甲的应用现状陶瓷面板+金属背板复合装甲作为结构最简单㊁成本相对低廉的复合装甲,被研究最多,多被制造为轻型复合装甲㊂面板通常采用A l2O3㊁S i C㊁B4C陶瓷等,背板一般采用芳纶㊁高强度聚乙烯等,粘接一般用橡胶㊁环氧树脂等㊂是制作单兵装甲㊁防弹衣㊁小型关键部位防护装甲的首选㊂碳化硅基陶瓷复合装甲受限于其高昂的价格,多被应用于特种作战领域,例如特种兵防弹衣㊁军用特种车辆装甲㊁武装直升机装甲㊂它也被看做是最有应用前途的陶瓷复合装甲之一,只要能够降低其制造成本并解决其韧性稍差的问题,将会被大量应用于主战坦克㊁轻型装甲车辆等领域㊂目前最普遍的陶瓷复合装甲是氧化铝基陶瓷复合装甲,它有着较好韧性㊁抗热冲击性,价格低廉,生产技术简易㊂被广泛应用于民㊁警单兵防护和民㊁警用押运车及对装甲强度要求较低的领域㊂目前圣戈班陶瓷公司可提供满足复合装甲系统性能要求的陶瓷材料㊂基于40多年来在复合装甲系统的经验,该公司可提供最终产品㊁半成品㊁机加毛坯㊁压制近净形毛坯㊁大体积压制净形部件和复杂机加部件产品㊂生产的陶瓷材料包括:轻型高硬度㊁高压缩强度H e x o l o y 烧结碳化硅(S S i C),具有最佳强度和抗氧化性C R Y S T A R 反应烧结碳化硅(S i S i C),高模量高声速S i l i t S K D反应烧结碳化硅(S i S i C),低密度高硬度N o r b i d e 热压碳化硼(B4C),最高硬度最高刚度的T196/T198氧化铝(A l2O3),高硬度氧化物复合陶瓷T Z3(A l u m i n aZ i r c o n i a)和用于红外窗口的极硬长寿命抗刮伤S a p h i k o n 蓝宝石材料等[10]㊂3.3陶瓷一金属功能梯度复合材料在装甲防护中的应用现在一般应用的陶瓷一金属复合材料,尽管具有很多优点,但当内部应力增大时,会导致材料的破坏;若采用陶瓷一金属功能梯度复合材料,将会改变这种状况㊂这是因为,陶瓷一金属功能梯度复合材料是一种采用多元化技术制造的新型非均匀复合材料,在这种材料中,一面是陶瓷,一面是金属,中间是从陶瓷到金属逐渐变化的板材,可以兼具陶瓷材料和金属材料的双重特点,即可以具有陶瓷的硬度和耐腐蚀㊁耐高温的特性,同时还具有金属的强度和韧性㊂并且在这种材料中,由于各组分材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,而其物理性能没有突变,因而可较好地避免诸如在纤维增强复合材料中经常出现的层间应力问题,并降低应力集中现象[11]㊂为克服目前陶瓷复合装甲材料的结构缺陷,美国材料科学家于1999年提出 陶瓷/金属功能梯度装甲材料(F G A C) 的新概念,即利用陶瓷/金属功能梯度材料层间界面上非突变声阻特性及梯度层间冶金结合所具有的良好横向剪切强度,不仅能有效缓解材料的动态损伤,提升材料反侵彻效能,同时又可以促进陶瓷复合装甲材料轻质化发展,所以陶瓷/金属功能梯度装甲材料得到了材料界(尤其是兵器材料科学界)的高度重视与深入研究,成为今后陶瓷复合装甲材料的发展趋势之一[12]㊂目前国外科研人员研究的防弹用陶瓷-金属功能梯度复合材料主要有T i-T i B2体系以及A l2O3/A l㊁S i C/A l㊁B4C/A l㊁S i3N4/A l等复合体系㊂国外研究人员分别从功能梯度材料的制备㊁材料的动态力学性能㊁应力波在功能梯度材料内的传播以及裂纹的扩展等方面展开研究㊂近年来我国许多高校和研究所也相继开展了对功能梯度复合装甲的研究,国内的主要研究单位有北京理工大学㊁西北工业大学㊁沈阳金属所等㊂目前研究的防弹用功能梯度复合材料体系主要有A l2O3/A l㊁S i C/ A l㊁B4C/A l㊁S i3N4/A l等复合体系㊂国内研究人员分别从功能梯度材料的制备㊁材料的动态力学性能与组份分布规律的关系㊁材料的抗弹性能等方面展开研究,并取得了一定的进展[13]㊂4发展趋势目前,装甲陶瓷材料研究的重点是解决其韧性差及成本高的问题㊂美国在降低陶瓷成本方面取得了较大进展,如采用微波烧结技术极大地提高了生产效率,大幅降低了材料成本,并实现了S i C和T i B2陶瓷材料的规模化生产㊂提高装甲陶瓷材料性能方面主要途径有:1)用连续碳纤维增韧补强的S i3N4比纯S i3N4的断裂韧性提高4倍,S i C纤维/S i C可比纯S i C的应变量增大9倍㊂对于S i C w/A l2O3复合材料,当晶须的体积分数为20%以下时,其断裂韧性与晶须含量呈较好的线性关系㊂金属与陶瓷复合可明显提高装甲材料的韧性,如用S i C或B4C颗粒增强铝㊂美国D OW化工公司采用快速全面压实工艺制造了B4C/A l复合装甲,其抗弹极限可达热压B4C的80%~90%,而韧性比单一的B4C好得多㊂另外,塑料陶瓷是一个新的研究领域,它系由陶瓷颗粒为主体(约占总质量的85%),以高聚物做胶粘剂混合而成,它只须采用一般聚合物成形加工技术㊂在等质量基础上比较,这种塑料陶瓷比纯陶瓷具有更好的抗弹性能,且可承受多发弹丸侵彻㊂2)梯度功能材料(F GM)是通过精心设计和采用特殊的工艺,使陶瓷与金属的复合物组分㊁结构能连续地变化,由陶瓷侧过渡到金属侧形成了一种物性参数也连续变化的复合材料㊂F GM的制备可采用化学气相沉积法(C D V)㊁物理蒸镀法(P V D)㊁薄膜叠层法㊁等离子喷涂法㊁自蔓延高温合成法(S H S)及颗粒梯度排列法等,其中以薄膜叠层法效果较好㊂已制成的F GM有S i C-C㊁T i C-T i㊁S i C-A l㊁B e4B-B e㊁T i C-N i等,当以B e4B-B e制作装甲板时,从外表面到中心部位只含B e4B,然后以弥散方式加入B e,到背面为B e4B-10v o l%B e㊂这比陶瓷面板和金属背板组合的复合装甲抗弹性能要好得多㊂3)陶瓷材料的脆裂与其结构敏感性密切相关,其断裂往往始于表面或近表面处的缺陷㊂因此,必须尽可能消除其表面缺陷㊂诸如采用机械化学抛光㊁表面微氧化㊁气相沉积和激光表面处理等,都可改善表面状态,提高陶瓷的韧性㊂20世纪80年代以来,人们采用离子注入法对A l2O3㊁S i C㊁S i3N4㊁Z r O2陶瓷材料的性能进行了研究㊂在A l2O3表面注入N i㊁C r㊁T i㊁Z r㊁Y 等离子可提高其表面硬度约50%,离子注入法也可使S i C和S i3N4的弯曲强度提高20%~30%[14]㊂5结语不同的装甲材料对反装甲武器的攻击有着不同的反应,单一均质材料构成的装甲通常只能防护特定的反装甲武器㊂为了能够应对越来越复杂的实际需求,同时防护多种反装甲武器,复合装甲的研究已成为必然趋势㊂陶瓷复合装甲作为其中的佼佼者,将朝着更高强度㊁更高韧性㊁更低廉的价格㊁更简易的制备工艺等方向发展㊂随着陶瓷复合装甲研究的进展,能让我国陶瓷复合装甲技术水平得到飞跃性的提高,对我国国防领域技术会产生积极影响㊂参考文献[1]胡丽萍,王智慧,侯圣英,等.大倾角陶瓷复合装甲抗弹性能研究[J].兵工自动化,2010,29(2):12-13.[2]郭丽.高性能轻质装甲材料加工技术的研究:[硕士学位论文][D].南京理工大学,2006.[3]吴燕平,燕青芝.防弹装甲中的陶瓷材料[J].兵器材料科学与工程,20174(4):135-140.[4]陈刚.陶瓷复合装甲材料的应用研究[J].中国战略新兴产业,2019(4):35.[5]孙川,万春磊,潘伟,等.反应烧结B4C/A l2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究[C].无机材料学报,2018,33(5):545-549.[6]曹连忠,刘国玺,燕东明,等.高防护系数S i 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碳化硅陶瓷棒的性能及用途
碳化硅陶瓷棒的性能及用途碳化硅陶瓷棒是一种高性能材料，具有许多出色的性能和广泛的用途。
下面我将详细介绍碳化硅陶瓷棒的性能以及其在各个领域中的应用。
首先，碳化硅陶瓷棒具有出色的耐高温性能。
它可以耐受高温达到2800，并且在高温下具有优异的热稳定性和导热性能。
这使得碳化硅陶瓷棒在高温环境下广泛应用于炼化工业、燃料电池、航空航天和其他高温工艺中。
其次，碳化硅陶瓷棒具有极高的硬度和强度。
它的硬度可达到2800-3200HV，仅次于金刚石和立方氮化硼。
同时，碳化硅陶瓷棒的强度也很高，能够耐受高强度的冲击和压力。
这使得碳化硅陶瓷棒在机械制造、切削工具、轴承和密封件等领域中具有广泛的应用。
此外，碳化硅陶瓷棒还具有良好的耐腐蚀性。
它可以耐受许多腐蚀性介质，如酸、碱、有机溶剂等。
这使得碳化硅陶瓷棒在化工、电子、医疗和食品加工等行业中被广泛应用于耐腐蚀设备和部件的制造。
此外，碳化硅陶瓷棒还具有很好的绝缘性能。
它在高温和高电场下仍保持良好的绝缘性能，具有较低的介电常数和介电损耗。
这使得碳化硅陶瓷棒在电子工业、高压绝缘和高频电磁场应用中得到广泛应用。
此外，碳化硅陶瓷棒的导热性也很好。
它的热导率比大多数金属高出3-4倍，可以快速传导热量，而且在高温下仍然有效。
这使得碳化硅陶瓷棒在热管理、散热器和热沉等领域中得到广泛应用。
最后，碳化硅陶瓷棒还具有良好的抗磨损性和自润滑性。
它的表面光滑，并且具有自润滑性质，能够减少摩擦和磨损。
这使得碳化硅陶瓷棒在机械密封、滑动轴承和摩擦材料等领域中具有广泛的应用。
综上所述，碳化硅陶瓷棒具有耐高温、高硬度、高强度、耐腐蚀、良好的绝缘性能、优异的导热性、抗磨损和自润滑性等许多出色的性能。
因此，它在炼化工业、航空航天、机械制造、电子、化工、医疗、食品加工等领域中得到广泛应用。
在未来，碳化硅陶瓷棒有望在更多领域中发挥重要作用，并取得更多应用的突破。
碳化硅高技术陶瓷及其应用
用 作喷 嘴 的陶 瓷材 料 有多 种 ， 常用 的 是氧 化铝 、碳化 硅 和碳 化硼 陶瓷 等 。氧 化铝 陶瓷喷 嘴的价 格低 ， 由 ｒ硬度 低， 耐磨性 较 差， 但 其 多用 于喷砂 １ ： 作量不 大 的场 合 。碳 化硅 陶瓷 的使用 寿命 是氧 化铝陶 瓷 的 ３ ５倍， 与硬质 合
应 用 技 术
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碳 化 硅 高技 术 陶 瓷 及 其 应 用
马建 军
（ 方民族 大学 材料科 学与 工程学 院 宁夏 银 川 ７ ０ ２） 北 Ｉ ５ ０ １ ［ 摘 要 ］ 化硅 高 技术 陶 瓷 以其 耐磨 性 、 耐 高温 性 、耐腐 蚀 性尤 为 突 出，已Ｊ泛 应 用 ＝ 械 、汽 车 、宇 航 、化 、石 油等 许 多工 业 领域 。本 文介 碳 一 二 Ｊ 机 ｌ ： 绍了碳化 硅陶 瓷作为 结构材料 的应 用如密 封环 、研磨 介质 、防弹 板、研 磨盘 、高温 耐蚀部件 等 ： 同时从碳 化硅 陶瓷 的市场价值 出发介绍 了碳化硅 陶瓷 作为工程 材 料的应 用 。 ［ 关键词 ］ 化硅 结构 陶瓷 ｆ 材料 应 用 碳 ： 程 中图 分类号 ： Ｂ Ｔ３ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９ ９ ４ （ ０ ０ 【 ２ ４ ０ １ ０ １ Ｘ ２ １ ）１ ８ ２ １ ０
金相 当， 多用 于硬 质 合金 的替代 品， 特别 是在 手持 喷枪 的工 况 中使用 。 ２ ５研 磨盘 研磨 盘是 半 导体行 业 中超人 规模 集成 电路 用硅片 生产 的重要 工艺 装备 通 常使 用 的铸 铁 或碳钢 研 磨盘其 使用 寿命 低， 热膨胀 系数 大 。在加工 硅片过 程中， 别是高 速研磨或 抛光时， 特 由于研 磨盘 的磨损 和热变形 ， 使硅 片的平面度 和平行 度难 以保 证 。采用 碳化硅 陶 瓷 的研 磨 盘 由于硬度 高研 磨盘 的磨损 小， 且热膨 胀 系数 与 硅片 基 本相 同 冈而 可 以高速 研 磨 、抛光 。特别 是近 几年 来 的硅片尺 、越 来越 火， 』 对硅 片研 磨的质 量 和效率 提 出了更 高 的要求 。碳化硅 陶瓷研磨 盘 的使用将 使硅 片研 磨的质量 和效 率有很 大的提 高 。同 时碳化硅 陶 瓷研 磨盘 还 可用 于研 磨 、抛光 其 它材 料 的片状 或 块状 物 体 的平 面 。 ２ ６ 高温 耐蚀 部件 碳 化硅 陶瓷最 重要 的特性 之 是它 的高温 强度， 即在 １０ ｏ 时 强度基本 ６ ０Ｃ 不 降低， 抗氧 化性 能 非常好 ， 向可在 高温 结 构件 中使 用 。如高温 炉 的顶 且 冈 板 、支 架 ，以及 高 温 实验 用 的 卡具 等 。 ３碳 化硅陶 瓷 的工程应 用 碳 化硅作 为工程 陶瓷 的原材 料使用 是从 本世 纪 ６ 年代开 始的， ０ 在这 以前 碳化硅 主要 用于机 械磨 削材料 和耐火 材料 。世界 范围 内对 先进 结构陶瓷 的产 业化 十分 重视， 投资额很 大， 别是工、发 达 国家， 特 生产 高技术陶 瓷的企业发展 很快， 他们 的亚 微米 级粉 、纳米 级粉 和制 品生产 工艺处 于世界领 先地 位， 他们 从我国廉价 购进碳化 硅砂， 依靠其先 进技术， 制取各种 碳化硅制 品， 然后 高价销 往 ｆ界 各地， ｝ Ｉ ＝ 谋取 高额 利润 。｝本从 １８ 年 以来， ０ ＿ ¨ ｆ ９ｉ １ 年投 资约 １０ 日元 ： ３亿 美 国 １８ ￣１８ 年 对新 型陶 瓷的研 究开发投 资近 １ 亿 美元 。应用新 型陶 瓷的 ９６ ９８ ２ 直接与 间接 经济 效益 也是 非常 显著 的。使用 新型 陶瓷 的发动 机， 耐温性 能可 从９０ ０ ℃提 高到 １０ ￣ １０ ℃， 有 良好的耐 磨损和 耐腐蚀 性能， ２ ０ ３０ 具 热效 率可提 高 到 ４ ％ 节能 约 １ ～２ ％ ５， ０ Ｏ。 对 于 欧洲和 美 国， 近几年 来 的高技 术陶 瓷的 发展更 是惊 人 。据 最新 的统 计数字， ０ ２ 欧洲 工程陶 瓷 （ ２０ 年 包括 结构 、环境 和过程 用陶 瓷） 的市场 价值 为 １ ．５ ２ ７ 亿欧元 ， 美国 ｌ ．８ ３４ 亿美元 。 汁２０ 年欧洲 和美 国工程 陶瓷 的消费将 预 ０９ 分别增 加 ４２ 和 ２９ ， ．％ ．％ 达到 １． ５ 欧元和 ｌ ．５ 美元 。美 国消费量 增长 ７０ 亿 ６５ 亿 最快 的工程 陶瓷产 品是 装 甲和 普通耐 磨零 件， 欧洲是 生物 陶瓷、 承和 高温过 轴 滤器， 个地 区柴油机 排气粉 尘过 滤器和 薄膜 的消费增 长都 很快 。 两 用陶 瓷工具 代替硬 质合 金和其 它切 削＝其 能提 高切削加 工的速 度 。 ｅａ ｙｅ 『 ＝ Ｃｒ ｄｎ 公司 的碳化 硅 零件 在发动 机 中的应用 也有所 进展 ， 但主要 问题是 成本 高。陶瓷耐 磨零件， 包 括磨 耗增 强板、泵 零件 、水 龙头片 、喷嘴 、阀零件 和其 它项 目的需要量 增 ． 正常 ， 然而 在这 部分市 场 中对中 未来进 【的 一些忧 虑正在 增加 。 ＿ ＝ Ｉ 窑具通 常 山堇青石 和 各种碳 化硅 制成 。 商价值碳 化硅 窑具 市场正 在增 长。 我 幽是 世界上 最大 的碳 化硅 生产 国， 生产能 力达 ６ 万吨， ０ 产量 约４ 万 吨， ０ 厂 家约有 １ ０ ０ 多家 ， 每年都 生产 并 出口大量碳 化硅 产品， 但大 多属于 技术含量 低 的初级产 品， １ ９ — １９ 年 我 国碳化硅 进 出口情况 比较不难看 出， 国 以 ９５ ９９ 我 目前 的碳化硅 出 ｜还属 Ｊ １ 初级 产品 的资源型 出 口， 每年还需 要进 口部分 高档碳 化硅 产 品，以满 足 内生产 需要 。 的
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碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用
摘要：通过可以作为防弹护甲的材料进行比较，一步步揭示出如今最符合现代化战争需要的高性能防弹护甲——碳化硅陶瓷防弹护甲，一一介绍出它相对于其他防弹护甲材料的优越性能，但由于该护甲也具有自身缺陷，所以通过理论上的知识来人为的改变其生产过程等方法来增强碳化硅防弹陶瓷的性能，使其成为现代化战争中真正的无敌护甲。
关键词：碳化硅陶瓷；防弹护甲；抗弹性能；应用
引言：由于国内外软质防弹衣只能防护低速的子弹，对于步枪等发射的高速子弹或者某些钢芯弹头，只能采用以软质防弹衣为基础，在重点部位加插硬质护板的方式来抵御。
目前硬质护板中只有陶瓷复合板符合现在重量、性能、价格方面符合大家的要求，其中的碳化硅陶瓷抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度高、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，受到了各国军事专家的亲睐，并被广泛应用，但是其韧性低这一致命缺点亟待解决，不过在理论上是可以通过控制烧结过程、通过陶瓷纤维编制来弥补这个弱点。
从而使碳化硅防弹陶瓷成为最理想的防弹护甲。
2.1碳化硅的硬度和韧性
SiC的硬度相当高，莫氏刻痕硬度为9.2，克氏显微硬度为2200~2800kg/mm2(负荷100g)。
所给范围之所以如此大，这是因为SiC晶体的硬度与其晶轴方向有关。
SiC的热态硬度虽然随着温度的升高而下降， SiC的抗压强度为224MPa，SiC的抗弯强度为15.5MPa。
SiC颗粒的韧性，通常是用—定数量某种粒度SiC颗粒在定型模子中，施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素的影响。
2.2 SiC的热学性质
SiC是在高温下合成的，其制品也多是在高温下制备或者在高温下使用。
如果只作较粗略计算时，碳化硅的平均热膨胀系数在25~1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。
SiC的热膨胀系数测定结果表明：其量值与其他磨料及高温材料相比要小得多，如刚玉的热膨胀系数可高达(7~8)×10-6/℃。
SiC的导热系数很高，这是SiC物理性能方面的另一个重要特点。
它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多，约为刚玉导热系数的4倍。
所以，SiC所具有的低热膨胀系数和高导热系数，使其制品在加热及冷却过程中受到的热应力较小，这就是SiC 陶瓷抗热震性特别好的原因。
3. 改变碳化硅防弹陶瓷的理论方法
3.1增强其抗弯强度，在生产环节方面，如今的烧结方法有热压碳化硅、常压烧结碳化硅、反应烧结碳化硅。
我们应该采用热压烧结碳化硅方法，因为其烧结出来的碳化硅陶瓷抗弯强
度是三种方法最高的，而且断裂韧性也是最高的，弹性模量最低。
并且在热压烧结时在SiC 中添加AIN，因为通过这种方法材料的抗弯强度会达到1100MPa。
3.2增强陶瓷的韧性，通过晶须增加陶瓷复合材料的韧性，该方法的机理一般有4种形式：裂纹偏转效应、微裂纹效应、晶须拔出效应、裂纹桥联效应和晶须的加入引起基体相变增韧。
裂纹偏转增韧是裂纹非平面断裂效应的一种增韧方式。
裂纹扩展到达晶须时，被迫沿晶须偏转，这意味着裂纹的前行路径更长，裂纹尖端的应力强度减少，裂纹偏转的角度越大，能量释放率就越低，断裂韧性就提高。
微裂纹增韧就是在微裂纹尖端的应力场和残余应力作用下，晶须形成微裂纹源，而在裂纹前方形成散步的（不联通的）微裂纹区。
拔出效应是指当裂纹扩展遇到高强度晶须时，在裂纹尖端附近晶须与晶面上存在较大的剪切应力，该应力极易造成晶须与晶界的分裂，晶须可以从基体中拔出，因界面摩擦而消耗外界载荷的能量而达到增韧的目的。
同时晶须从基体中拔出会产生微裂纹来吸收更多的能量。
【2】
3.3根据现在的研究，弹丸以高速撞击陶瓷复合装甲时，在撞击面形成一个断裂锥体，并向陶瓷和背板之间的界面扩展（图1）。
在撞击刚过之后，在与陶瓷撞击面相对的背面轴线上形成裂纹，我们可以利用Griffith微裂纹理论，微裂纹化源于增强体与基体的热膨胀系数或模量不匹配。
温度变化时就会产生局部应力，同时引起体积变化，所以可以将护板置于温度突变的环境中通过温度变化来增加材料的微小裂纹的数量，并通过子弹与护板相撞导致微裂纹的扩展来消耗子弹与护板相撞击产生的能量以及子弹的动能。
由于碳化硅纤维的抗张强度达到3GPa抗张模量达到220GPa,所以我们可以根据纤维自身细长的物理性质将纤维进行编织，编织呈致密的碳化硅陶瓷纤维板，然后将多层纤维板进行层层重叠成多层护板，利用编织空隙充当微裂纹，从而减少对护板的破坏程度更好地提高护甲性能。
结论：如今为在现代化战争中取得胜利各国对于作战武器的杀伤性能做了很高程度的提升，防御方面必须也要突破常规进行改革来进行防护，矛变强了盾必须要跟得上。
经过实践的检验普通的金属装甲既笨重且性能也满足不了防护要求，所以必须依靠新型非金属材料，作为无机材料中最能符合要求的碳化硅陶瓷材料理应发挥其自身高强度，高耐磨，抗热震并
且防辐射等优势在现代化护甲中大显身手。
通过微观增加其韧性、强度，宏观改变其组合方式制成制品等方式将其自身优势发挥到极致，然后装配到大到坦克、飞机的装甲，小到士兵、警察的个体防弹衣的插板，并且这样的护甲相对于如今的装甲重量轻，更好地提高了作战单位的机动性能。
俗话说兵贵神速，装备上这样的护甲定会成为战场上的一大亮点。
通过陶瓷代替现在通用的钢板护甲，可以减少很多能源损耗，而且生产陶瓷所造成的生产废气废料量比生产钢板的少的多，在节能减排方面定会得到各国的亲睐。
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