مزايا كربيد السيليكون الدرع الخزفي ومبادئه الباليستية

موجز المادة:

1. Introduction to Special Ceramics in Ballistic Protection (باللغة الإنجليزية)

• أهمية المواد الباليستية

• ظهور الخزف الخاص

2. مزايا درع سيليكون كاربيد الخزفي

• مقارنة مع المواد الأخرى

• أنواع مختلفة من الدروع الخزفية

• سيطرة كربيد السيليكون

3. خصائص ومزايا كربيد السيليكون

• الهياكل البلورية من SiC.

• خصائص ميكانيكية استثنائية

• الحد في الصلابة

• التحسينات المحتملة

4. Principles Behind Silicon Carbide Ceramic Armor

• المبادئ الأساسية لحماية الدروع

• امتصاص طاقة الرصاصة بالسيراميك

• مراحل امتصاص الطاقة

5. خاتمة

• موجز خزف كربيد السيليكون في التطبيقات البالستية

مزايا درع سيليكون كربيد سيراميكومبدأها الباليستي

في الوقت الحاضر#في المشهد التكنولوجي المتطور، ارتفعت القدرة التدميرية للأسلحة الحديثة، مما زاد من التركيز على المواد البالستية. ومن بين المواد المفضلة جدا، ساهم الخزف الخاص بشكل كبير في مجال الحماية الباليستية. كربيد السيليكون، على وجه التحديد، يجسد سمات مثل القوة العالية والصلابة والكثافة المنخفضة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل الاستثنائية. كفاءة وزنها، وخاصة في المعدات الباليستية الفردية مثل الدروع الواقية، واضحة بشكل ملحوظ. تشمل السيراميك الباليستي المهندسة الحالية أكسيد الألومنيوم، وأكسيد الزركونيوم، وكربيد البورون، ونيتريد الألومنيوم، ونيتريد السيليكون، وبوريد التيتانيوم. ومع ذلك، فقد حصل كربيد السليكون على اهتمام كبير في مجال البحوث على الصعيدين المحلي والدولي على حد سواء، وبرزت كنقطة ساخنة في السنوات الأخيرة.

1. مزايا درع سيليكون كاربيد الخزفي

ومن بين المواد الخزفية الشائعة المستخدمة في الحماية البالستية -أكسيد الألمنيوم، كربيد السيليكون، وكربيد البورون -يتميز كل منها بخصائص مميزة. أكسيد الألومنيوم، المعروف باسم الألومينا أو ' ؛ الصفيحة البيضاء، و#39 ؛ أقل صلابة (HRA90) بين الثلاثة مع كثافة أكبر، ومع ذلك لا تزال فعالة من حيث التكلفة. ومن ناحية أخرى، فإن كربيد البورون، الذي يبشر بصلابته العالية وكثافته المنخفضة، يقدم أفضل أداء ولكنه أيضا يأتي في نقطة سعر أعلى بكثير. وبالمقارنة، كربيد السيليكون (SiC)، المشار إليه باسم ' ؛ الصفيحة السوداء، و#39 ؛ وتتباهي بكثافة جسم الإنسان 92 وكثافة أكسيد الألومنيوم 82% فقط، وهو ما من شأنه أن يحقق التوازن في الأداء والفعالية من حيث التكلفة، وبالتالي يجد تطبيقات واسعة النطاق.

يتواجد كربيد السيليكون في المقام الأول في بنيتين بلوريتين: β-SiC (مكعب) و α-SiC (سداسي). يشكل المركب روابط تساهمية قوية، ويظهر ما يقرب من 12 ٪ خاصية أيونية في رابطة Si -C. وعلى النقيض من السيراميك الأخرى مثل أكسيد الألومنيوم وكربيد البورون، يظهر SiC خصائص ميكانيكية فائقة، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة تآكل أعلى، ومعامل احتكاك أقل. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يتميز بثبات حراري ممتاز، وقوة عالية لدرجة الحرارة، والحد الأدنى من التمدد الحراري، والموصلية الحرارية العالية، ومقاومة للصدمات الحرارية، والمقاومة الجديرة بالثناء للتآكل الكيميائي. وقد حظيت هذه السمات المميزة بتقدير الخبراء العسكريين في جميع أنحاء العالم، مما أدى إلى استخدامها على نطاق واسع.

ومع ذلك، فإن عيبه المتأصل يكمن في الصلابة المنخفضة. وتساهم البنية الجزيئية وخصائص كربيد السيليكون في انخفاض صلابته. وفي حين أن قوته الهائلة يمكن أن تتحمل طاقة رصاصة كبيرة، فإنه قد ينكسر أو ينكسر عند الارتطام، مما يجعل الصفائح الخزفية المصنوعة من كربيد السيليكون لاستخدامها مرة واحدة، غير قادرة عموما على تحمل الطلقات المتعددة. ومع ذلك، يقترح العديد من الباحثين في مجال علم المواد أن معالجة قضية الصلابة المنخفضة هذه نظريًا تنطوي على السيطرة على عملية التلبيد وتصنيع الألياف الخزفية. ويمكن أن تؤدي هذه التطورات إلى توسيع نطاق استخدام كربيد السيليكون في الحماية من القذائف التسيارية، مما يجعله مادة مثالية لتصنيع المعدات التسيارية.

2. مبدأ Ballistic Principle of Silicon Carbide Ceramic Armor

المبدأ الأساسي وراء الحماية من الدروع ينطوي على تبديد طاقة الرصاصة لإبطاء سرعة الرصاصة، وجعلها غير مؤذية. وفي حين تمتص المواد الهندسية التقليدية مثل المعادن الطاقة من خلال التشويه البنيوي، فإن الخزف، بما في ذلك كربيد السليكون، يمتص الطاقة عن طريق التكسير الدقيق.

وتنطوي عملية امتصاص الطاقة للخزفيات التسيارية المصنوعة من كربيد السيليكون عادة على ثلاث مراحل:

• مرحلة الاصطدام الأولية: تصطدم الرصاصة بسطح السيراميك، فتفتت طرفه وتمتص الطاقة أثناء تفتيت السطح إلى شظايا صغيرة صلبة.

• مرحلة التآكل: تستمر الرصاصة الممزقة في تآكل المنطقة المشتتة، مكونةً طبقة مستمرة من الشظايا الخزفية.

• مرحلة التشوه والكسر: في نهاية المطاف، يخضع السيراميك للضغط، مما يؤدي إلى كسر. وفي وقت لاحق، تشوه لوحة الدعم، وامتصاص الطاقة المتبقية. ويتعرض كل من الرصاصة والسيراميك للتلف أثناء عملية الارتطام.

وبالنظر إلى جوانب الأداء، والتسعير، والآفاق المستقبلية، فإن الخزف البالستي من كربيد السيليكون له قيمة بحثية كبيرة، ومن المتوقع أن يشهد تطبيقات واسعة بشكل متزايد في مجال الحماية من القذائف البالستية!

خاتمة

تبرز الدروع الخزفية المصنوعة من كربيد السيليكون كمادة محورية في مجال الحماية الباليستية بسبب مجموعة خصائصها الفريدة، على الرغم من محدوديتها. ومن شأن إحراز مزيد من التقدم في التغلب على ضعف صلابتها أن يوسع إلى حد كبير نطاق تطبيقها، مما يجعلها مادة أساسية في إنتاج العتاد البالستي.

أسئلة متفرقة بعد الاستنتاج:

• هل يمكن لدروع سيراميكية من كربيد السيليكون أن تتحمل طلقات متعددة؟

• ما هي الاختلافات الرئيسية بين كربيد السيليكون ودرع كربيد البورون؟

• هل هناك مساع بحثية جارية لتعزيز صلابة كربيد السيليكون؟

• كيف يقارن كربيد السيليكون بالصلب من حيث الحماية الباليستية؟

• ما هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على انتشار استخدام كربيد السيليكون في تطبيقات القذائف التسيارية؟