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炭化ケイ素セラミックス防弾シートの利点と防弾原理
Time:2023-03-24 Reader:
精城特瓷炭化ケイ素防弾シート
科学技術の発展に伴い、現代化兵器の破壊力はますます強くなり、防弾材料に対する人々の重視度も高くなっている。特殊セラミックスは現在人気の防弾材料として、防弾分野で重要な役割を果たしている。特殊セラミックスは高強度、高硬度、低密度、耐食性、高耐摩耗などの特徴があり、金属防弾材料より軽く、負荷が小さくて、防弾チョッキなどの個人防弾装備の中で極めて優位である。現在、工学的に応用されている防弾セラミックスは主にアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ホウ化チタンなどがある。その中で、炭化ケイ素は近年国内と国外で応用研究が多いセラミックス材料であり、炭化ケイ素を防弾材料として用いることは近年国内と国外の研究のホットスポットである。
一、炭化ケイ素セラミックス防弾シートの利点
防弾セラミックスに多く使われているのは、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素の3つの材料である。アルミナセラミックス防弾シート（通称ホワイトシート）は三者の中で硬度が低く（HRA 90）、密度が大きいが、価格が安い、炭化ホウ素セラミックス防弾シートは3つの中で硬度が高く、密度が低く、性能が最も良いが、価格も他の2つの材料をはるかに上回っている。比較的に、炭化ケイ素セラミックス防弾シート（通称ブラックシート）の硬度はHRA 92に達することができ、密度はアルミナ防弾シートの82%にすぎず、価格が手頃であるため、広く応用されている。
炭化ケイ素（SiC）は主に2種類の結晶構造、すなわち立方晶系のβ- SiCと六方晶系のα- SiC、それは共有結合が強い化合物であり、そのSi-C結合のイオン型はわずか12%程度であるため、アルミナ、炭化ホウ素などの他のセラミックスに対して、それはより優れた力学性能、抗酸化性、より高い耐摩耗性及びより低い摩擦係数などを有し、またその熱安定性が良く、高温強度が高く、熱膨張係数が小さい、熱伝導率が大きく、耐熱振動や耐化学腐食性が良いなどの優れた特性は各国の軍事専門家の愛顧を受け、広く運用されている。
しかし、靭性が低いという致命的な欠点は早急に解決すべき問題である。炭化ケイ素の分子構造と特性は、弾丸の衝突を受けたとき、その超高強度は巨大な弾丸運動エネルギーに完全に抵抗し、瞬間的に弾丸を砕くことができることを決定した。しかし、それ自体も衝突を受けた瞬間に亀裂が発生し、破砕してしまうことがあり、これにより炭化ケイ素セラミックス板は使い捨ての挿板としてしか使用できず、通常は連続した複数回の射撃に抵抗することはできない。しかし、現在の多くの材料分子学分野の研究者は、炭化ケイ素のこの靭性が低い欠点を理論的には焼結過程とセラミック繊維の編制を制御することで補うことができ、克服することができると述べている。これにより、防弾装置を製造するための理想的な材料となるように、炭化ケイ素の防弾分野への応用範囲を大幅に広げることができます。
精城特瓷炭化ケイ素防弾シート
二、炭化ケイ素セラミックス防弾シートの防弾原理
装甲防護の基本原理は弾丸のエネルギーを消費し、弾丸を減速させ、無害にすることである。金属材料などの伝統的なエンジニアリング材料のほとんどは、構造が塑性変形することによってエネルギーを吸収し、セラミック材料は微粉砕過程によってエネルギーを吸収する。
炭化ケイ素防弾セラミックスのエネルギー吸収過程は大きく3段階に分けることができる：
（1）初期衝突段階：弾丸がセラミックス表面に衝突し、弾頭を鈍らせ、セラミックス表面を粉砕して微細で硬い破砕区を形成する過程でエネルギーを吸収する、
（2）浸食段階：鈍化した弾丸は破片領域を浸食し続け、連続したセラミック破片層を形成する。
（3）変形、割れ目と破断段階：最後のセラミックスに引張応力が発生してセラミックスを破砕し、その後背板が変形し、残りのエネルギーはすべて背板材料の変形によって吸収される。弾丸がセラミックスに衝突する過程で、弾丸もセラミックスも破壊される。
性能、価格、発展の見通しなどの面から測定し、炭化ケイ素防弾セラミックスはいずれも高い研究価値を持っており、防弾分野での応用もますます広くなるだろう。
(Original link: 碳化硅陶瓷防弹片的优势及防弹原理)
