改变碳化硅防弹陶瓷性能的方法
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更高的,而且断裂韧性也是更高的,弹性模量更低。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。
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。
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。
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