改變碳化硅防彈陶瓷性能的方法
1.增強(qiáng)其抗彎強(qiáng)度,在生產(chǎn)環(huán)節(jié)方面,如今的燒結(jié)方法有熱壓碳化硅、常壓燒結(jié)碳化硅、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅。我們應(yīng)該采用熱壓燒結(jié)碳化硅方法,因?yàn)槠錈Y(jié)出來(lái)的碳化硅陶瓷抗彎強(qiáng)度是三種方法更高的,而且斷裂韌性也是更高的,彈性模量更低。并且在熱壓燒結(jié)時(shí)在SiC中添加AIN,因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種方法材料的抗彎強(qiáng)度會(huì)達(dá)到1100MPa。
2.增強(qiáng)陶瓷的韌性,通過(guò)晶須增加陶瓷復(fù)合材料的韌性,該方法的機(jī)理一般有4種形式:裂紋偏轉(zhuǎn)效應(yīng)、微裂紋效應(yīng)、晶須拔出效應(yīng)、裂紋橋聯(lián)效應(yīng)和晶須的加入引起基體相變?cè)鲰g。裂紋偏轉(zhuǎn)增韌是裂紋非平面斷裂效應(yīng)的一種增韌方式。裂紋擴(kuò)展到達(dá)晶須時(shí),被迫沿晶須偏轉(zhuǎn),這意味著裂紋的前行路徑更長(zhǎng),裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度減少,裂紋偏轉(zhuǎn)的角度越大,能量釋放率就越低,斷裂韌性就提高。微裂紋增韌就是在微裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和殘余應(yīng)力作用下,晶須形成微裂紋源,而在裂紋前方形成散步的(不聯(lián)通的)微裂紋區(qū)。拔出效應(yīng)是指當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到高強(qiáng)度晶須時(shí),在裂紋尖端附近晶須與晶面上存在較大的剪切應(yīng)力,該應(yīng)力極易造成晶須與晶界的分裂,晶須可以從基體中拔出,因界面摩擦而消耗外界載荷的能量而達(dá)到增韌的目的。同時(shí)晶須從基體中拔出會(huì)產(chǎn)生微裂紋來(lái)吸收更多的能量。
3.根據(jù)現(xiàn)在的研究,彈丸以高速撞擊陶瓷復(fù)合裝甲時(shí),在撞擊面形成一個(gè)斷裂錐體,并向陶瓷和背板之間的界面擴(kuò)展(圖1)。在撞擊剛過(guò)之后,在與陶瓷撞擊面相對(duì)的背面軸線上形成裂紋,我們可以利用Griffith微裂紋理論,微裂紋化源于增強(qiáng)體與基體的熱膨脹系數(shù)或模量不匹配。溫度變化時(shí)就會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力,同時(shí)引起體積變化,所以可以將護(hù)板置于溫度突變的環(huán)境中通過(guò)溫度變化來(lái)增加材料的微小裂紋的數(shù)量,并通過(guò)子彈與護(hù)板相撞導(dǎo)致微裂紋的擴(kuò)展來(lái)消耗子彈與護(hù)板相撞擊產(chǎn)生的能量以及子彈的動(dòng)能。
由于碳化硅纖維的抗張強(qiáng)度達(dá)到3GPa抗張模量達(dá)到220GPa,所以我們可以根據(jù)纖維自身細(xì)長(zhǎng)的物理性質(zhì)將纖維進(jìn)行編織,編織呈致密的碳化硅陶瓷纖維板,然后將多層纖維板進(jìn)行層層重疊成多層護(hù)板,利用編織空隙充當(dāng)微裂紋,從而減少對(duì)護(hù)板的破壞程度更好地提高護(hù)甲性能。
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