Siri Kalis Peluru Seramik - Perbandingan Bahan Seramik Utama untuk Kalis Peluru
Bahan seramik utama yang boleh digunakan sebagai bahan kalis peluru ialah aluminium oksida,silikon karbida, boron karbida,silikon nitrida, dan titanium boride. Antaranya, seramik aluminium oksida (Al2O3), seramik silikon karbida (SiC), dan seramik boron karbida (B4C) adalah yang paling banyak digunakan. Seramik kalis peluru aluminium oksida mempunyai kekerasan rendah (HRA90) dan ketumpatan tinggi berbanding dua yang lain, tetapi lebih murah. Seramik kalis peluru silikon karbida mempunyai kekerasan tertinggi dan prestasi terbaik antara ketiga-tiganya, tetapi juga jauh lebih mahal daripada dua bahan lain. Kekerasan seramik kalis peluru silikon karbida boleh mencapai HRA92, dan ketumpatan hanya 82% daripada plat kalis peluru aluminium oksida, dengan harga yang sederhana dan penggunaan yang lebih meluas.
Seramik aluminium oksida ialah siri bahan seramik berasaskan aluminium oksida suhu tinggi (α-Al2O3) sebagai fasa kristal utama, dan α-Al2O3 ialah satu-satunya varian Al2O3 yang wujud secara semula jadi di dunia. Ia mempunyai struktur yang paling padat, kereaktifan paling rendah, dan sifat elektrokimia terbaik antara semua varian dan boleh kekal stabil pada semua suhu.
Sifat seramik aluminium oksida
| Harta Al2O3 | Pensinteran |
| Ketumpatan (g/cm3) | 3.6-3.95 |
| Kekuatan lentur (Mpa) | 200-400 |
| Modulus muda(Gpa) | 300-450 |
| Keliatan patah(Mpa.m1/2） | 3.0-4.5 |
| Kekerasan (Gpa) | 12-18 |
Kelebihan: Sebagai bahan seramik generasi pertama dalam medan kalis peluru, aluminium oksida bukan sahaja paling kuat dan paling sukar di antara semua oksida, tetapi juga mempunyai rintangan pengoksidaan yang baik, lengai kimia, dan kos rendah, dan mudah diperolehi. Di samping itu, produk tersinter digunakan secara meluas dalam pelbagai kenderaan berperisai dan pakaian kalis peluru tentera dan polis kerana permukaan licin, saiz yang stabil dan harga yang rendah.
Kelemahan: Kekuatan lenturan rendah dan keliatan patah, dan rintangan rendah terhadap kejutan haba. Di samping itu, prestasi aluminium oksida sangat berbeza, terutamanya bergantung pada parameter proses, kandungan kekotoran, saiz zarah, dan suhu pensinteran. Pada masa yang sama, ketumpatan tinggi aluminium oksida tidak dapat memenuhi trend perisai ringan.
SiC mempunyai struktur kristal yang unik. Menggunakan salah satu daripada empat atom karbon sebagai pusat dan atom silikon sebagai atom berpasangan, satu daripada empat elektron terluar dipilih untuk berpasangan dengan elektron terluar atom karbon pusat. Dengan operasi kitaran, struktur akhir adalah bersamaan dengan struktur tetrahedron berlian yang terdiri daripada ikatan Si-C, yang mempamerkan kekerasan yang sangat tinggi. Pada masa yang sama, struktur ini mempunyai ikatan kovalen yang kuat dan tenaga ikatan Si-C yang tinggi, menjadikan bahan silikon karbida mempunyai ciri-ciri modulus tinggi, kekerasan tinggi, dan kekuatan khusus yang tinggi.
Sifat seramik silikon karbida di bawah proses pensinteran yang berbeza
| Harta SIC | Pensinteran menekan panas | Penekanan isostatik panas | Pensinteran tindak balas | Pensinteran plasma percikan |
| Ketumpatan (g/cm3) | 3.25-3.28 | 3.01-3.13 | 3.02 | 3.12-3.20 |
| Kekuatan lentur (Mpa) | 500-730 | 366-950 | 260 | 420-850 |
| Modulus muda(Gpa) | 440-450 | - | 359 | 420-460 |
| Keliatan patah(Mpa.m1/2） | 5.0-5.5 | 4.51-5.79 | 4.00 | 3.4-7.0 |
| Kekerasan (Gpa) | 20 | 10.5-20.0 | 17.23 | 19.8-32.7 |
Kelebihan: Ia adalah bahan seramik bukan oksida yang paling banyak digunakan dengan kekerasan yang tinggi, kedua selepas berlian, boron nitrida padu, dan boron karbida. Oleh kerana ketumpatannya yang rendah dan kekerasan yang tinggi, seramik ini sangat sesuai untukperlindungan balistik, dan berada dalam zon perantaraan antara aluminium oksida dan boron karbida dari segi sifat mekanikal, sifat ketumpatan, sifat balistik dan kos aplikasi.
Kelemahan: Struktur molekul dan ciri-ciri silikon karbida menentukan keliatannya yang lebih rendah. Apabila terkena peluru, kekuatan ultra-tingginya boleh menahan sepenuhnya tenaga kinetik peluru yang besar dan serta-merta menghancurkan peluru, tetapi ia juga akan retak atau pecah berkeping-keping pada saat hentaman, yang menjadikan plat seramik silikon karbida hanya sesuai untuk kawasan kalis peluru tertentu. Walau bagaimanapun, ramai penyelidik dalam bidang sains molekul bahan pada masa ini menyatakan bahawa keliatan rendah silikon karbida boleh dikompensasikan secara teori dan diatasi dengan mengawal proses pensinteran dan penyediaan gentian seramik. Ini akan meluaskan julat aplikasi silikon karbida dalam bidang kalis peluru, menjadikannya bahan yang ideal untuk mengeluarkan peralatan kalis peluru.
3.Boron Karbida seramik
Kristal Boron Carbide tergolong dalam jenis struktur rombohedral. Dalam struktur rombohedralnya, setiap sel unit mengandungi 15 atom, di mana 12 atom (B11C) membentuk ikosahedron, membentuk struktur ruang, manakala tiga atom yang tinggal bergabung membentuk rantai CBC. Ikosahedron disambungkan kepada rantai CBC melalui ikatan kovalen untuk membentuk struktur yang agak stabil. Pada masa yang sama, unsur konstituennya, karbon dan boron, mempunyai sifat dan jejari atom yang hampir sama, menyebabkan B4C mempunyai beberapa sifat cemerlang yang tidak dimiliki oleh seramik bukan oksida yang lain.
Sifat Boron Karbida di bawah proses pensinteran yang berbeza
| Harta B4C | Pensinteran menekan panas | Penekanan isostatik panas | Pensinteran tindak balas | Pensinteran plasma percikan |
| Ketumpatan (g/cm3) | 2.45-2.52 | 2.42-2.51 | 2.48-2.54 | 2.43-2.60 |
| Kekuatan lentur (Mpa) | 200-500 | 365-627 | 235-321 | 607-627 |
| Modulus muda(Gpa) | 440-460 | 393-444 | 330-426 | 403-590 |
| Keliatan patah(Mpa.m1/2） | 2.0-4.7 | 2.4-3.3 | 4.1-4.4 | 2.8-5.8 |
| Kekerasan (Gpa) | 29-35 | 25-31 | 13.4-18.0 | 30.5-38.3 |
kelebihan: Kekerasan suhu tinggi yang hampir berterusan dan sifat mekanikal yang baik. Pada masa yang sama, ketumpatannya adalah yang paling rendah di antara beberapa seramik perisai yang biasa digunakan, dan modulus keanjalannya yang tinggi menjadikannya pilihan yang baik untuk perisai tentera dan bahan angkasa.
Kelemahan: Disebabkan sifat kovalen yang tinggi bagi ikatan kovalen antara boron dan atom karbon, pensinterannya adalah lemah. Oleh itu, adalah perlu untuk menggunakan suhu pensinteran yang tinggi sangat hampir dengan takat lebur bahan. Suhu tinggi ini membawa kepada liang sisa dan jarak butiran seterusnya, yang merosot sifat dan prestasi bahan. Oleh itu, menekan panas atau menekan isostatik panas biasanya digunakan, yang membawa kepada kos pembuatan yang lebih tinggi.
