前沿 2020-02-12 19:02

美国德克萨斯农工大学发现硅可增加防弹衣的弹性

胡燕萍 摘自 theengineer网站

【据theengineer网站2020年1月23日报道】美国德克萨斯农工大学研究人员通过在碳化硼(通常用于制造防弹背心等物品)中添加硅,可以使防弹衣更具抗冲击性。

过去12年中,研究人员一直在寻找减少高速子弹对碳化硼装甲的冲击损伤的方法。碳化硼被称为“黑钻石”,其硬度仅次于立方氮化硼。与立方氮化硼不同,碳化硼比碳化硅等其他装甲材料更易于大规模生产,并且更硬更轻,非常适合防弹背心和其他装甲项目,阻止每秒900米速度的子弹(大多数手枪),但是在这个临界速度之上,碳化硼突然失去了其弹道性能,并且没有那么有效。主要原因是碳化硼在高速撞击下会很快损坏。

研究人员发现子弹的撞击将碳化硼从晶体状态(原子有序排列)转变为玻璃态(原子无序排列)。这种类玻璃的状态会削弱子弹与碳化硼之间接触部位的材料完整性,为裂纹的传播创造一条道路。因此,由子弹的撞击造成的任何局部损伤很容易在整个材料中传播,并造成越来越多的损伤。

计算机模拟预测表明,添加少量的另一种元素(例如硅)有可能使碳化硼的脆性降低。为了模拟高速子弹的初始冲击,研究人员在具有金刚石尖端的碳化硼样品上制作了可控的凹痕。然后,研究人员观察了用高功率电子显微镜冲击造成的微观损伤。研究发现即使硅含量很少,相变程度也下降了30%,明显减少了压痕造成的损伤。

尽管硅可以很好地增强碳化硼的性能,但仍需要做更多的实验才能知道其他元素(例如锂和铝)是否也可以改善碳化硼的性能。

(欢迎转载,转载请标明引自“航空工业信息网”)

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