人体防护装备主要包括防弹衣(防弹插板)、防弹头盔和防弹盾牌等,不断提高其轻量化防护能力,是单兵装备发展的永恒主题。其中,防弹背心和防弹头盔由抗弹纤维复合材料制备而成,主要用于防御侵彻力较低的手枪弹和破片。面对高杀伤力的步枪弹等威胁时,需要装备由抗弹陶瓷/纤维复合材料为基本防护结构的防弹插板和防弹盾牌,尽可能满足高强度、高耐磨、高硬度和低密度,即“三高一低”的要求。
目前已在人体防护装备上获得推广应用的几种抗弹陶瓷对比之下,他碳化硼(B4C)陶瓷硬度最高、密度最低,性能上是最理想的装甲陶瓷材料。随着人体防护装备对轻量化、高防护应用需求的日益迫切和B4C陶瓷产业化的顺利推广,B4C 已作为制备防弹衣插板的主流陶瓷材料之一获得应用。作为防弹衣的加强防护组件,
现役防弹插板由B4C陶瓷板和超高分子量聚乙烯纤维复合材料板复合而成,其基本防护原理为:利用B4C抗弹陶瓷钝化、磨蚀弹丸,然后利用纤维复合材料吸收残余冲击动能。根据应用环境和防护需求的不同,B4C陶瓷插板分为多曲面整体式陶瓷板和单曲面小块陶瓷拼接板两种。
常用防弹陶瓷及其基本性能
B4C防弹陶瓷的烧结工艺
致密的微观结构是陶瓷发挥优异力学性能和抗弹性能的根本保证。然而,由于硼原子和碳原子之间的电负性差异很小,会形成很强的共价键,造成B4C陶瓷中共价键的比例高达94%,远高于Al2O3陶瓷中共价键的比例33%和SiC陶瓷中共价键的比例88%,加之B4C陶瓷高熔点、高蒸汽压、低自扩散系数的特性,严重阻碍其致密化进程,使得B4C的烧结异常困难,以下将简单介绍几种烧结工艺的优缺点。
几种主要B4C陶瓷烧结工艺特点
除以上工艺外,超高压烧结工艺、等离子束熔融工艺等烧结方法也能得到性能优异的陶瓷制品,但由于工艺复杂、设备和技术要求高等原因,目前未实现工业化生产。