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Nouvelle étoile dans le domaine des armures pare-balles - les céramiques de carbure de bore

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Nouvelle étoile dans le domaine des armures pare-balles - les céramiques de carbure de bore

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Le carbure de bore est l'un des matériaux céramiques les plus durs, juste avant le diamant et le nitrure de bore cubique. En raison de sa faible densité (∼2520 kg/m3), il est devenu le matériau de choix pour les systèmes de gilets pare-balles.

Nous avons constaté que les céramiques de carbure de silicium et de carbure de bore présentent toutes deux les caractéristiques d'une faible densité. La densité des céramiques d'alumine courantes est d'environ 3,5 g/cm-3, tandis que les densités du carbure de silicium et du carbure de bore ne sont que de 3,2 g/cm-3 et 2,5 g/cm-3 respectivement. On peut voir que dans la tendance à la légèreté des armures mobiles, les matériaux en carbure de silicium et en carbure de bore présentent des avantages inhérents.

En termes de module d'élasticité, le module d'élasticité des céramiques d'alumine est d'environ 350GPa, tandis que le module d'élasticité des matériaux en carbure de silicium et en carbure de bore est d'environ 400GPa. On peut constater que les trois principaux matériaux céramiques pour blindage présentent tous les caractéristiques d'un module d'élasticité élevé.

En termes de dureté, carbure de bore>carbure de silicium>alumine. Il convient de mentionner que le carbure de tungstène est le matériau clé pour la production de carbure cimenté. Comparé au carbure de silicium, la dureté du carbure de silicium est deux fois supérieure à celle du carbure de tungstène, la densité est 1/5 de celle du carbure de tungstène et la résistance est maintenue à 1400°C.

En termes de résistance à l'usure, carbure de bore>carbure de silicium>alumine. Les données mesurées par l'Institut de métallurgie des poudres de la Central South University montrent que la résistance à l'usure des céramiques d'alumine est équivalente à 266 fois celle de l'acier au manganèse et à 171,5 fois celle de la fonte à haute teneur en chrome. On peut constater que la dureté élevée et la haute résistance à l'usure des matériaux céramiques sont bien supérieures à celles de l'acier résistant à l'usure et de l'acier inoxydable.

En ce qui concerne les autres propriétés, le carbure de bore est unique en matière de stabilité thermique à haute température. Par rapport à l'alumine, son coefficient de dilatation thermique est inférieur à la moitié. À 500 °C, sa conductivité thermique est supérieure d'un ordre de grandeur, et sa résistance aux chocs thermiques est près de 20 fois supérieure. Mais leurs problèmes communs sont une faible ténacité à la rupture et une grande fragilité. C'est pourquoi le renforcement et la trempe des céramiques pare-balles ont toujours été un axe de recherche important. Les méthodes de renforcement comprennent principalement les systèmes céramiques composites multi-éléments, les céramiques à gradient fonctionnel, la conception de structures en couches, etc. La résistance à la rupture est faible, la résistance à la traction est faible et les fractures fragiles sont susceptibles de se produire. La plaque cible composite en céramique doit être liée par le panneau en céramique et la plaque arrière composite pour surmonter la défaillance de la céramique due à la contrainte de traction. Ce type de plaque cible composite est généralement fabriqué en collant de petits morceaux de panneaux en céramique et de plaques de support en matériau composite, ce qui peut également empêcher la rupture de l'ensemble du panneau en céramique. Lorsque le projectile envahit la cible, seul un seul morceau de blindage sera écrasé.

En outre, les prix actuels des matériaux en carbure de silicium et en carbure de bore sont encore relativement élevés, et le prix du carbure de bore atteint même 700-800 yuans par kilogramme, soit près de 10 fois celui des matériaux en alumine. Cependant, avec le développement de systèmes de blindage légers et à haute efficacité, la supériorité des céramiques pare-balles est devenue plus évidente. En tant que Gémeaux des matériaux de blindage pare-balles, les matériaux en carbure de silicium et en carbure de bore, on pense qu'il y a encore beaucoup de place pour l'amélioration.