碳化硅陶瓷防弹片的优势及防弹原理

        随着科技的发展，现代化武器的毁伤力越来越强，人们对于防弹材料的重视程度也越来越高。特种陶瓷作为当下很受欢迎的防弹材料，在防弹领域中发挥出了重要作用。特种陶瓷具有高强度、高硬度、低密度、耐腐蚀、高耐磨等特点，比金属防弹材料重量轻、负荷小，在防弹衣等单兵防弹装备中优势极为明显。目前，已工程化应用的防弹陶瓷主要有氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氮化硅、硼化钛等。其中，碳化硅是近年来国内外应用研究较多的陶瓷材料，将碳化硅用作防弹材料是近年来国内外研究的热点。
 

        防弹陶瓷中使用较多的有氧化铝、碳化硅和碳化硼三种材料。氧化铝陶瓷防弹片（俗称白片）在三者中硬度低（HRA90）、密度大，但价格便宜；碳化硼陶瓷防弹片在三者中硬度高、密度低，性能最好，但是价格也远超其它两种材料。相比较而言，碳化硅陶瓷防弹片（俗称黑片）硬度可达HRA92，密度仅为氧化铝防弹片的82%，价格适中，因此应用广泛。

        碳化硅(SiC)主要有两种晶体结构，即立方晶系的β- SiC和六方晶系的α- SiC，它是共价键很强的化合物，其Si--C键的离子型仅12%左右，因此，相对于氧化铝、碳化硼等其他陶瓷，它具有更加优良的力学性能、抗氧化性、更高的抗磨损性以及更低的摩擦系数等，此外它热稳定性好、高温强度高、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀性好等优良特性受到了各国军事专家的青睐，并被广泛运用。

        但是其韧性低这一致命缺点仍是个亟待解决的问题。碳化硅的分子结构和特性决定了其具有韧性较低的特点，当受到子弹撞击的时候，其超高的强度完全可以抵抗巨大的子弹动能，并瞬间将子弹击碎，但是它本身也会在受到撞击的瞬间发生龟裂甚至碎裂成片，这使得碳化硅陶瓷板只能作为一次性插板使用，通常是不可以抵御连续多次射击的。不过目前许多材料分子学领域的研究学者表示碳化硅的这个韧性低的缺点理论上是可以通过控制烧结过程和陶瓷纤维编制来弥补和克服的。这将极大的拓宽碳化硅在防弹领域的应用范围，使之成为制造防弹装备的理想材料。
 

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        装甲防护的基本原理是消耗子弹能量、使子弹减速并达到无害。绝大部分传统的工程材料，如金属材料通过结构发生塑性变形来吸收能量，而陶瓷材料则是通过微破碎过程吸收能量。

        碳化硅防弹陶瓷的吸能过程大致可分为3个阶段：

        （1）初始撞击阶段：子弹撞击陶瓷表面，使弹头变钝，在陶瓷表面粉碎形成细小且坚硬的碎块区的过程中吸收能量；

        （2）侵蚀阶段：变钝的子弹继续侵蚀碎块区，形成连续的陶瓷碎片层；

        （3）变形、裂缝和断裂阶段：最后陶瓷中产生张应力使陶瓷碎裂，随后背板变形，剩余的能量全部由背板材料的变形所吸收。子弹撞击陶瓷的过程中，子弹和陶瓷均受到破坏。

        从性能、价格、发展前景等方面来衡量，碳化硅防弹陶瓷都具有很高的研究价值，在防弹领域中的应用也会越来越广泛！