防弹陶瓷碳化硼的介绍

防弹陶瓷碳化硼的介绍近四五十年来，随着科学技术的发展，原子能、火箭、燃气轮机等技术领域对材料提出了更高的要求，迫切需要比耐热合金更能承受高温、比普通陶瓷更能抵御化学腐蚀的材料。而某些陶瓷因为能满足这些要求，因此，这类陶瓷得到了迅速的发展。这些新发展起来的陶瓷，无论从原料、工艺或性能上均与传统陶瓷有很大的差异，被称为特种陶瓷。由于特种陶瓷具有许多独特的性能，潜力很大。而且制作特种陶瓷的主要原料在地球上储量丰富，价格便宜，容易得到。近20年来，各主要工业国家都十分注重特种陶瓷的开发和研究，形成世界性的“陶瓷热”，并取得了很大的进展。所以，特种陶瓷被誉为“万能陶瓷”，是21世纪最有发展前景的重要新材料之一。碳化硼就是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷。碳化硼最早是在1858年被发现的，然后英国的Joly于1883年、法国的Moissan于1894年分别制备和认定了B3C、B6C。化学计量分子式为B4C的化合物直到1934年才被认知。随后，俄国学者提出了许多不同的碳－硼化合物分子式，但这些分子式未能得到确认。事实上，由B－C相图可以知道，碳－硼化合物有一个从B4.0C到B10.5C的很宽的均相区，在这个均相区内的物质习惯上通称为碳化硼，从20世纪50年代起，人们对碳化硼，尤其是对其结构、性能进行了大量的研究，取得了许多研究成果，推动了碳化硼制备和应用技术的长足发展。由于碳化硼具有其它材料不可比拟的优异性能，人们对碳化硼陶瓷的研究深度与力度不断加大，除高纯度、超细碳化硼粉体合成新方法不断涌现外，人们更多地致力于开展先进实用的成型工艺及烧结工艺技术研究，以使碳化硼制品能够在某些高技术领域实用化并进一步工业化生产。碳化硼的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高温硬度（＞30GPa）是其他材料无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。在碳化硼中，硼与碳主要以共价键相结合（＞90%），具有高熔点（2450℃）、高硬度、高模量、密度小(2.52g/㎝3)、耐磨性好、耐酸碱性强等特点，并具有良好的中子、氧气吸收能力、较低的膨胀系数（5.0×10-6·K-1）、热电性能（140s／ｍ，室温），故广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。但由于碳化硼本身具有较低的断裂韧性、过高的烧结温度、抗氧化能力较差、以及对金属的稳定性较差等缺点，限制了其在工业上的进一步应用。所以国内外的科研工作者对改善碳化硼陶瓷的性能进行了大量研究，并提出了碳化硼复相陶瓷的概念。如欧洲科学技术委员会早在20世纪80年代制定的几个重要的新材料发展计划（如HILTI计划、COST计划）中，都包括了对碳化硼（基）超硬材料体系的探索和研究。近年的文献资料表明：由于碳化硼自身的局限性，很难通过工艺优化来大幅度改善其力学性能，但随着超微粉末制备技术的发展和有效烧结助剂的开发，使碳化硼的常规烧结成为可能，碳化硼材料在民用、航和军事领域都得到了重要应用。目前，用于防弹陶瓷的结构陶瓷主要有氧化铝碳化硅和碳化硼。其中，碳化硼是防弹性能最优的装甲材料，目前用作飞机装甲材料和特殊用途防护结构。氧化铝虽然综合防护系数最低，但因其成本最低，所以在护身装甲和装甲车辆方面获得较多的应用。碳化硅防弹陶瓷无论是防护系数，还是成本都介于二者之间。因而，降低碳化硼防弹陶瓷材料的成本研究具有很强必要性和广阔的应用前景。