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目前,常見的陶瓷裝甲材料只有氧化鋁、碳化硼和碳化硅。所有這些材料都是在1960年代引入的,并在越南時代的裝甲板中服役。從那以后他們沒有改變。當前最先進的技術(shù)——單片、多曲面碳化硼裝甲瓷磚——是由美國陸軍納蒂克研發(fā)實驗室和皮卡汀尼阿森納的科學家于1965年開發(fā)的。它一直在制造過程中;這些創(chuàng)新降低了碳化硼瓷磚的生產(chǎn)成本并促進了大批量生產(chǎn),但顯然,它們并沒有提高性能(而且,事實上,在許多情況下,這些創(chuàng)新實際上降低了性能——例如,反應結(jié)合碳化硼——RBB4C——比1965年的產(chǎn)品更柔軟、更致密,最終保護性更低。)
這三種舊的陶瓷裝甲材料都有其缺點:氧化鋁太重了,以至于現(xiàn)在連鋼裝甲都在為它花錢;碳化硅雖然輕得多,但仍然很重,足以成為負擔;最好的碳化硼等級,雖然比氧化鋁輕近40%,比碳化硅輕20%以上,但價格相當昂貴,而且與硬質(zhì)合金 (WC-Co) 芯的子彈相比性能不佳。
然而,這三種陶瓷材料絕不是唯一適用于裝甲應用的材料。正如我在較早的帖子中提到的,許多其他陶瓷材料已經(jīng)成功地測試用于裝甲應用,并且在鉆石時代和其他地方一直在尋找更好的陶瓷裝甲材料——這種材料在裝甲上的性能優(yōu)于碳化硼。以重量為基礎,并在對抗WC-Co核彈等超強威脅時保持這種高水平的性能。
為此,最近引起國防部想象力的一種材料是低氧化硼 B6O。它反映了碳化硼的低密度 (2.52 gm/cc) 和極高的硬度 (>3000 HV1),目前的想法是,即使是最嚴峻的威脅,它也應該表現(xiàn)良好——不像碳化硼,如前所述,它可以不太可靠,B6O的問題在于它比碳化硼更難加工和燒結(jié),碳化硼已經(jīng)是一種非常難加工的材料。更糟糕的是,B6O 作為原材料的合成成本高得驚人。由于這些原因,它的商業(yè)開發(fā)從未開始——低氧化硼裝甲可能永遠不會進入大規(guī)模生產(chǎn)。
十二硼化鋁AlB12和鋁鎂硼化合物AlMgB14也是有吸引力的材料——既可作為用于裝甲板開發(fā)的獨立純陶瓷相,也可作為更好的金屬陶瓷開發(fā)的候選材料。AlB12和AlMgB14彼此非常相似,并且與碳化硼非常相似:它們的密度非常低,大約為2.5 gm/cc,它們的硬度都相似,除非采用類似 Lanxide 工藝的方法,否則它們的密度最好施加中等壓力,例如在熱壓或 SPS/FAST 爐中。 AlB12和AlMgB14從未針對WC-Co有芯彈丸進行過測試,但已顯示出對鋼芯威脅的良好效果。這些陶瓷材料的阿喀琉斯之踵是這樣一個事實,即用硼開采產(chǎn)品的市售材料合成它們非常昂貴。(相比之下,碳化硼相對容易由硼酸等廉價原材料生產(chǎn)。)
十多年前的幾篇科學論文中提到的另一種選擇是由大約 60% 的碳化硼和40%的六硼化鈣(CaB6) 制成的復合材料。這種多相陶瓷材料具有一些固有的延展性,比碳化硼稍輕,更容易致密化,并且在頭對頭彈道測試中似乎優(yōu)于純碳化硼。然而,CaB6 在有水的情況下不穩(wěn)定——即使暴露在適度潮濕的空氣中也會嚴重降解——這一特性可能會限制其在裝甲系統(tǒng)中的使用,根據(jù)定義,穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。Diamond Age 使用CaB6-B4C 復合材料,從字面上看,在暴露于環(huán)境條件數(shù)月后變成了灰塵。這些測試瓷磚在致密化后的幾天內(nèi)開始表現(xiàn)出剝落腐蝕,這對于裝甲材料來說無疑是非常不受歡迎的特征。然而,防止CaB6分解的涂層可能最終使B4C-CaB6復合板的使用成為可能……但并非沒有一定程度的法律責任和聲譽風險。
然而,正如這種 CaB6-B4C 復合材料所表明的那樣,不需要完全取代碳化硼——用摻雜劑或第二相加強它也是一種可行的策略,并且非常有前途的一個。在Diamond Age,我們使用 B4C-TiN 復合材料獲得了非常令人印象深刻的結(jié)果,該復合材料的密度略高于純碳化硼,但顯示出增強的斷裂韌性和更好的彈道性能。向碳化硼中添加極少量的硅或鋁摻雜劑,或調(diào)整材料的化學計量比使其比通常更富含硼 (> B6.5C),也已被提議作為生產(chǎn)碳化硼陶瓷產(chǎn)品的方法。通過剪切非晶化更能抵抗失效,因此對 WC-Co 芯彈道威脅表現(xiàn)出更可預測的性能。
一種完全不同的方法,也許是最有前途的方法,在于高壓化學和工程,因為它們能夠生產(chǎn)亞穩(wěn)態(tài)高壓散裝材料,從而開辟裝甲材料開發(fā)的新領域。Diamond Age多年來一直在試驗HPHT多晶金剛石陶瓷,并且最近獲得了該技術(shù)的專利。大塊金剛石比任何已知的陶瓷材料更硬、更堅韌、性能也更好。我們現(xiàn)在正處于開始以足夠大的規(guī)模制造大型金剛石瓷磚以進行商業(yè)化的階段,我們正在積極致力于研發(fā),以便提供更大、更堅固、最高性能的金剛石瓷磚用于下一代裝甲應用。例如,通過使用富勒烯作為起始材料,而不是炭黑,似乎可以制造結(jié)構(gòu)化的大塊金剛石磚,由聚集的金剛石納米棒組成,并且非常堅硬和堅韌,它們可能是真正理想和終極的裝甲材料——無與倫比。
用我們當前的金剛石瓷磚制成的板材已經(jīng)能夠以每 10×12 英寸射手的切割板材低至 2.2 磅的價格阻止諸如 M855 之類的威脅。在不久的將來,我們相信菱形面裝甲板應該能夠以遠低于每塊防彈板 4 磅的重量阻止 APM2。
以上的內(nèi)容告訴我們碳化硼的材料有著“鉆石”之稱,眾所周知鉆石是很硬的,所以碳化硼的硬度和鉆石一樣硬,就是碳化硼很硬的特點所以他的加工很難,必須使用我們專業(yè)的陶瓷雕銑機,在東莞有名的鈞杰陶瓷就是做這種像碳化硼陶瓷這樣的精密加工,一直使用的也是我們鑫騰輝數(shù)控的專業(yè)陶瓷雕銑機,好的陶瓷雕銑機才能加工精密陶瓷。
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