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碳化硼陶瓷精密加工厂

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时间:2021-07-02

    目前,常见的陶瓷装甲材料只有氧化铝、碳化硼和碳化硅。所有这些材料都是在1960年代引入的,并在越南时代的装甲板中服役。从那以后他们没有改变。当前最先进的技术——单片、多曲面碳化硼装甲瓷砖——是由美国陆军纳蒂克研发实验室和皮卡汀尼阿森纳的科学家于1965年开发的。它一直在制造过程中;这些创新降低了碳化硼瓷砖的生产成本并促进了大批量生产,但显然,它们并没有提高性能(而且,事实上,在许多情况下,这些创新实际上降低了性能——例如,反应结合碳化硼——RBB4C——比1965年的产品更柔软、更致密,最终保护性更低。)

    这三种旧的陶瓷装甲材料都有其缺点:氧化铝太重了,以至于现在连钢装甲都在为它花钱;碳化硅虽然轻得多,但仍然很重,足以成为负担;最好的碳化硼等级,虽然比氧化铝轻近40%,比碳化硅轻20%以上,但价格相当昂贵,而且与硬质合金 (WC-Co) 芯的子弹相比性能不佳。

碳化硼陶瓷

    然而,这三种陶瓷材料绝不是唯一适用于装甲应用的材料。正如我在较早的帖子中提到的,许多其他陶瓷材料已经成功地测试用于装甲应用,并且在钻石时代和其他地方一直在寻找更好的陶瓷装甲材料——这种材料在装甲上的性能优于碳化硼。以重量为基础,并在对抗WC-Co核弹等超强威胁时保持这种高水平的性能。

    为此,最近引起国防部想象力的一种材料是低氧化硼 B6O。它反映了碳化硼的低密度 (2.52 gm/cc) 和极高的硬度 (>3000 HV1),目前的想法是,即使是最严峻的威胁,它也应该表现良好——不像碳化硼,如前所述,它可以不太可靠,B6O的问题在于它比碳化硼更难加工和烧结,碳化硼已经是一种非常难加工的材料。更糟糕的是,B6O 作为原材料的合成成本高得惊人。由于这些原因,它的商业开发从未开始——低氧化硼装甲可能永远不会进入大规模生产。

    十二硼化铝AlB12和铝镁硼化合物AlMgB14也是有吸引力的材料——既可作为用于装甲板开发的独立纯陶瓷相,也可作为更好的金属陶瓷开发的候选材料。AlB12和AlMgB14彼此非常相似,并且与碳化硼非常相似:它们的密度非常低,大约为2.5 gm/cc,它们的硬度都相似,除非采用类似 Lanxide 工艺的方法,否则它们的密度最好施加中等压力,例如在热压或 SPS/FAST 炉中。 AlB12和AlMgB14从未针对WC-Co有芯弹丸进行过测试,但已显示出对钢芯威胁的良好效果。这些陶瓷材料的阿喀琉斯之踵是这样一个事实,即用硼开采产品的市售材料合成它们非常昂贵。(相比之下,碳化硼相对容易由硼酸等廉价原材料生产。)

    十多年前的几篇科学论文中提到的另一种选择是由大约 60% 的碳化硼和40%的六硼化钙(CaB6) 制成的复合材料。这种多相陶瓷材料具有一些固有的延展性,比碳化硼稍轻,更容易致密化,并且在头对头弹道测试中似乎优于纯碳化硼。然而,CaB6 在有水的情况下不稳定——即使暴露在适度潮湿的空气中也会严重降解——这一特性可能会限制其在装甲系统中的使用,根据定义,稳定性和可靠性至关重要。Diamond Age 使用CaB6-B4C 复合材料,从字面上看,在暴露于环境条件数月后变成了灰尘。这些测试瓷砖在致密化后的几天内开始表现出剥落腐蚀,这对于装甲材料来说无疑是非常不受欢迎的特征。然而,防止CaB6分解的涂层可能最终使B4C-CaB6复合板的使用成为可能……但并非没有一定程度的法律责任和声誉风险。

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    然而,正如这种 CaB6-B4C 复合材料所表明的那样,不需要完全取代碳化硼——用掺杂剂或第二相加强它也是一种可行的策略,并且非常有前途的一个。在Diamond Age,我们使用 B4C-TiN 复合材料获得了非常令人印象深刻的结果,该复合材料的密度略高于纯碳化硼,但显示出增强的断裂韧性和更好的弹道性能。向碳化硼中添加极少量的硅或铝掺杂剂,或调整材料的化学计量比使其比通常更富含硼 (> B6.5C),也已被提议作为生产碳化硼陶瓷产品的方法。通过剪切非晶化更能抵抗失效,因此对 WC-Co 芯弹道威胁表现出更可预测的性能。

    一种完全不同的方法,也许是最有前途的方法,在于高压化学和工程,因为它们能够生产亚稳态高压散装材料,从而开辟装甲材料开发的新领域。Diamond Age多年来一直在试验HPHT多晶金刚石陶瓷,并且最近获得了该技术的专利。大块金刚石比任何已知的陶瓷材料更硬、更坚韧、性能也更好。我们现在正处于开始以足够大的规模制造大型金刚石瓷砖以进行商业化的阶段,我们正在积极致力于研发,以便提供更大、更坚固、最高性能的金刚石瓷砖用于下一代装甲应用。例如,通过使用富勒烯作为起始材料,而不是炭黑,似乎可以制造结构化的大块金刚石砖,由聚集的金刚石纳米棒组成,并且非常坚硬和坚韧,它们可能是真正理想和终极的装甲材料——无与伦比。

    用我们当前的金刚石瓷砖制成的板材已经能够以每 10×12 英寸射手的切割板材低至 2.2 磅的价格阻止诸如 M855 之类的威胁。在不久的将来,我们相信菱形面装甲板应该能够以远低于每块防弹板 4 磅的重量阻止 APM2。

   以上的内容告诉我们碳化硼的材料有着“钻石”之称,众所周知钻石是很硬的,所以碳化硼的硬度和钻石一样硬,就是碳化硼很硬的特点所以他的加工很难,必须使用我们专业的陶瓷雕铣机,在东莞有名的钧杰陶瓷就是做这种像碳化硼陶瓷这样的精密加工,一直使用的也是我们鑫腾辉数控的专业陶瓷雕铣机,好的陶瓷雕铣机才能加工精密陶瓷。




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