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困扰业界12年难题解决?少量硅掺杂可提升碳化硼防弹性能!
2020年02月07日 发布 分类:行业要闻 点击量:279
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日前,美国德克萨斯A&M大学(Texas A&M UniversityTAMU)的一项关于改善碳化硼防弹衣抗冲击性的成果发表在Science Advances上。该研究通过在碳化硼中添加少量硅达成目的。

碳化硼晶体特写(来源:TAMU

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,据说碳化硼更容易大规模生产,而且比碳化硅等其他装甲材料更硬更轻,因此非常适合用于弹道背心和其他装甲物品。但是,碳化硼的主要缺点是它在高速撞击时会失效。

该校材料科学与工程系助理教授Kelvin Xie称,“过去12年来,研究人员一直在寻找方法,以减少高速子弹对碳化硼装甲所造成的冲击损伤”,“碳化硼确实很擅长阻止子弹以每秒900米以下的速度移动,因此它可以相当有效地阻挡大多数手枪的子弹,但在这速度以上,碳化硼装甲会突然失效。”

这是由于高速震动会导致碳化硼发生相变,在这种相变中,一种材料会改变其内部结构,同时呈现两种或两种以上的物理状态。子弹的撞击将碳化硼从原子系统有序的结晶状态转变为原子随意排列的玻璃状状态,而这就是碳化硼失去防弹性能的原因。

为了模拟高速子弹的初始撞击,研究人员在碳化硼样品上用金刚石尖端制作了可控的凹痕。然后,他们用高倍电子显微镜观察了由撞击形成的微观损伤。通过计算机模拟技术进行预测,研究人员发现,即使只是很少含量的硅,也可以使相变程度下降40%,减少由撞击导致的损伤。对此,Kelvin Xie评论后续仍需要做更多实验,以了解包括锂、铝等对于改善碳化硼装甲防弹性能的可能。

Xie预测掺杂硅的碳化硼还有其他非军事用途可以扩展,其中一个是用于核防护罩。他说在碳化硼中加入一点硅可以改变原子间的间距,所创造的空位可能是吸收核反应堆有害辐射的好场所。

 粉体圈 编译 YUXI


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