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碳化硼中添加硅,使防彈衣更具抗沖擊性
更新日期:2020-11-13    點擊次數:2292

碳化硼

       通過在碳化硼中添加硅,可以使防彈衣更具抗沖擊性,碳化硼是一種通常用于制造防彈背心的材料。

碳化硼晶體的特寫視圖(圖片:德州農工大學工程學院)

德州農工大學(Texas A&M University)研究人員的這項研究已發表在《科學進展》上。

       “在過去的12年中,研究人員一直在尋找減少高速子彈對碳化硼制成的裝甲的沖擊造成的損害的方法?!敝x昱玄(Kelvin Y. Xie)博士,材料科學與工程學系助理教授說?!拔覀兊墓ぷ?**終解決了這一未滿足的需求,這是設計高級防彈衣的一步,它將在戰斗中防御更強大的槍支?!?/span>

防彈裝甲結構說明

可以擴展到防彈衣和運動服的合成拉脹材料(synthetic auxetic material)

對頭發的納米級分析可能會幫助制造新的防彈衣

       碳化硼被稱為“黑鉆石”,其硬度僅次于立方氮化硼。與立方氮化硼不同,據說碳化硼比碳化硅等其他裝甲材料更易于大規模生產,并且更硬,更輕,使其非常適合防彈背心和其他裝甲項目。

根據德州農工大學的說法,碳化硼的主要缺點是在受到高速撞擊時會很快損壞。

謝在一份聲明中說:“碳化硼確實擅長阻止以每秒900米速度移動的子彈,因此它可以有效地阻擋大多數的子彈。但是如果超過這個臨界速度,碳化硼會突然失去其彈道性能,變得沒有那么有效?!?/span>

防彈裝甲

       科學家們知道,高速振動會導致碳化硼發生相變,其中一種材料會改變其內部結構,并同時呈現兩個或多個物理狀態。子彈的撞擊將碳化硼原子從系統有序排列的晶體狀態轉變為無序排列的玻璃態。這種類似玻璃的狀態會削弱子彈與碳化硼之間接觸部位的材料完整性。

       “當碳化硼進行相變時,玻璃態會為裂紋的傳播創造一條道路。因此,由子彈的撞擊造成的任何局部損壞很容易在整個材料中傳播,并造成越來越多的損壞?!?/span>

       先前使用計算機模擬進行的工作預測,添加少量的其他元素(例如硅)有可能使碳化硼變的不那么脆。謝和他的小組研究了添加少量硅是否也減少了相變。

硅摻雜碳化硼晶體結構

       為了模擬高速子彈的初始沖擊,研究人員在帶有金剛石******的碳化硼樣品上制作了可控的凹痕。然后,他們使用高功率電子顯微鏡觀察了由撞擊造成的微觀損傷。

       謝和他的合作者發現,即使硅含量很少,相變程度也下降了30%,明顯減少了壓痕造成的損害。

       盡管硅可以很好地增強碳化硼的性能,但謝說,還需要做更多的實驗才能知道其他元素(例如鋰和鋁)是否也可以改善碳化硼的性能。

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