碳化硼防弹陶瓷工程应用分析

抗弹陶瓷在复合装甲中的应用作者：任彦来源：《新材料产业》 2016年第1期文/ 任彦中国兵器工业北方材料科学与工程研究院一、引言当今世界的主旋律是和平与发展，这是各国人民共同追求的目标。

然而，在近几十年来，各种各样的局部战争从来就没有停止过，特别是近年来极端恐怖组织的出现和破坏活动的加剧，已经使世界和平面临巨大威胁，从而使打击恐怖活动成为当务之急。

在如此的国际大环境下，世界各国纷纷投入巨资进行各种高性能武器装备的研发和制造，一些杀伤力巨大和对人类生存环境具有高破坏力的武器装备不断投入使用。

以主战坦克为例，其钨合金高速动能穿甲弹的初速高达1 700 ～1 800m/s，可以在1000m的距离上击穿800m m的均质装甲钢板；而现在各国第3代主战坦克装备的精密装药破甲弹的破甲威力可穿透1 200 ～1 500m m的均质装甲钢板，因此，通过增加装甲钢的厚度来抵御对于坦克和装甲车辆的攻击根本不可能实现，这一状况促进了复合装甲的加速研制和广泛应用。

目前，先进的复合装甲在垂直厚度200 ～250mm大倾角安装时，就可有效地抵御穿甲弹和破甲弹对坦克的首上和炮塔的侵彻，而其中重要的材料之一就是高性能的抗弹陶瓷材料[1]。

从20世纪60年代，韦尔金斯发现陶瓷材料具有很好的弹道防护性能以来，美国的科学家将氧化铝（A l2O3）陶瓷块粘到铝背板上制备成防7.62m m穿甲弹侵彻的复合装甲。

之后，美国研制出了硬度略低于金刚石的低密度碳化硼（B4C）用于飞机的抗弹陶瓷装甲。

到20世纪70年代后，美国等西方国家已将抗弹陶瓷复合装甲广泛地应用在运兵车、坦克、军机等军事装备上[2]。

由于抗弹陶瓷材料，具有高强度、高硬度、低密度、耐腐蚀、高耐磨等特点，可极大地提高武器装备防穿甲、防破甲的防护性能，从而成为复合装甲系统不可或缺的重要材料。

此外，抗弹陶瓷材料还可用于飞机、舰船、车辆等的抗弹防护防，以及各种防弹衣和防弹背心，以提高装备和人体的防护性能，因此抗弹陶瓷材料的应用将会越来越广泛。

摘要：碳化硼是一种战略材料,因具有高熔点、高硬度、低密度、良好的热稳定性、较强的抗化学侵蚀能力和中子吸收能力等一系列优良性能,已被广泛应用于能源、军事、核能以及防弹领域。

本文主要介绍碳化硼及其铝基陶瓷材料在“军民两用”等领域应用现状和相关制备工艺与性能，并对碳化硼陶瓷材料发展前景进行展望。

关键词：碳化硼；陶瓷；制备技术；工艺方法前言碳化硼是一种新型非氧化物陶瓷材料, 碳化硼陶瓷具有高熔点(2450℃)、高硬度(29.1GPa)、大中子捕获面(600bams)、低密度(2.52g/cm³)、较好的化学惰性、优良的热学和电学性能等。

碳化硼又称黑钻石,是仅次于金刚石和立方氮化硼的第三硬材料。

碳化硼除了大量被用作磨料之外，还可以用于制备各种耐磨零件、热电偶元件、高温半导体、宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应堆控制棒与屏蔽材料等。

碳化硼陶瓷在军工上多用于防弹装甲中，其防护系数最高一般为13-14，并且其硬度最高，密度最低，是最理想的装甲陶瓷，虽然其价格昂贵，但在保证性能优越的条件下，以减重为首要前提的装甲系统中碳化硼仍优先选择。

1碳化硼陶瓷在防弹领域的应用防弹材料的科技水平也是国家的军事实力的重要体现。

碳化硼防弹材料已广泛应用在防弹衣、防弹装甲、武装直升机以及警、民用特种车辆等防护领域。

相比于其它防弹材料如金属板防弹材料、高性能纤维复合防弹材料、组合防弹材料等，碳化硼陶瓷因高熔点、高硬度和低密度已成为防弹材料应用领域的理想替代品。

1.1防弹装甲我国防弹陶瓷最早应用于防弹装甲领域。

目前,国内外已工程化应用的装甲陶瓷材料主要有氧化铝、碳化硼、碳化硅、氮化铝、硼化钛、氮化硅等。

用于装甲防护的单相陶瓷主要有三种,分别是：氧化铝、碳化硼和碳化硅。

装甲陶瓷材料主要应用于防弹装甲车辆,通常以复合装甲的形式出现。

装甲陶瓷材料普遍应用在附加顶、舱盖、排气板、炮塔座圈、防弹玻璃、枢轴架等装甲构件中以及坦克车辆的下车体，还用于制造躯干板、侧板、车辆门和驾驶员座椅。

DO1：10.19936/ki.2096-8000.20210428.010陶瓷/UHMWPE层合板/阻尼材料复合靶板防弹性能研究周越松，梁森*,王得盼，刘龙(青岛理工大学机械与汽车工程学院，青岛266520)摘要：提出一种由碳化硼陶瓷、UHMWPE层合板、阻尼材料构成的复合靶板。

应用LS-DYNA动力学软件进行数值仿真分析,研究该靶板在12.7mm穿甲爆炸燃烧弹高速冲击下的性能，并通过实验对数值模拟进行可行性验证。

进一步研究靶板抗侵彻性能随结构几何参数变化的关系，探究阻尼材料的最佳分布位置和最佳厚度。

结果表明：随着陶瓷厚度增大，靶板吸收子弹动能和弹道性能指数呈线性增加;在UHMWPE层合板厚度较大时，增加其厚度对靶板抗侵彻性能的提升更明显；同等面密度条件下，与提高陶瓷或者UHMWPE层合板的厚度相比，涂刷1mm背层阻尼材料时，复合靶板弹道性能指数最高，抗高速侵彻性能最好，为阻尼材料作为减震层在抗高速冲击领域的广泛应用奠定了基础。

关键词：阻尼材料；复合靶板；数值仿真分析；高速冲击；复合材料中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)04-0066-091引言随着科学技术的进步，反装甲武器毁伤效能不断提升,对防护装甲的“轻量级”与“防护性”要求越来越高［1］。

因此，研发防护能力更好、更轻质的防弹靶板迫在眉睫。

目前关于防弹靶板的研究大多集中在防弹新材料和防弹靶板复合结构上。

王亚进等［2］提出了陶瓷/芳纶纤维复合材料防弹板,通过数值模拟方法研究该防弹板抗子弹高速冲击的性能，并对该结构进行优化,为后续轻质复合装甲的研究设计提出了研究方向。

甄建伟等［3］研究了阵列式陶瓷颗粒破片防护层的透波特性，通过采用数值模拟的方法，说明了这种特殊的结构具有降低冲击波破坏的作用。

江怡等⑷用数值分析的方法探究了不同陶瓷种类的抗侵彻性能，深度剖析了陶瓷的抗侵彻原理，为复合靶板中陶瓷材料的选择提供了理论参考。

碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用摘要：碳化硼陶瓷是一种新型功能陶瓷材料，具有硬度高、高温强度大、抗热震性好和抗蚀性强等特点，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。

本文介绍了碳化硼陶瓷的性能、制备方法及在防弹领域的应用进行了探讨。

关键词：碳化硼陶瓷；烧结工艺；防弹领域1引言碳化硼是一种新型功能陶瓷材料，具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、抗磨损等优良特性，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。

碳化硼陶瓷因其具有超高硬度（HV7000）、高温强度（1000℃）和高强度（1800 MPa），同时又具有良好的韧性和抗热震性，被誉为“陶瓷中的钻石”。

因此，对碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用将具有良好的现实意义。

2碳化硼防弹陶瓷的制备方法2.1 无压烧结无压烧结是一种既简便又经济的制备方法，其所需要的主要设备有冷压压制机和烧结炉。

目前，碳化硼陶瓷无压烧结成型工艺主要有灌浆成型工艺、凝胶注模成型工艺、冷等静压成型工艺等。

通过单向挤压的方法，获得了足够加工强度的坯料。

冷等静压可获得致密、受力均匀的毛坯，其性能显著改善，逐渐成为高性能碳化物制品的普适性成形技术。

纯B4C的无压烧结是一种极难实现的材料，其致密化过程中的孔洞缺陷及致密程度是决定材料性能的重要因素。

结果表明，烧结温度、粉体尺寸对致密程度有较大的影响。

粉体材料对碳化硼陶瓷的烧结性有很大的影响。

粉体越细，加热速度越快，对提高致密度越有利。

随着粉体尺寸的减小、比表面积的增大，烧结驱动力增大：提高粉体的表面积、提高烧结温度，使致密性得到提高，致密度达到56%-71%。

迅速的加热有利于获得高的致密性的良好的显微组织，这是由于挤压能够被加热到这样的温度，在微观组织变粗化之前发生致密化。

结果表明，在2250-2350℃的高温下，使用含氧量≤3 m的超细粉，是实现纯碳化硼无压烧结的关键。

1.2 热压烧结热压烧结是在高强石墨模中填充干燥混合均匀的碳化硼粉末，并在加热的同时，对其进行单向加压，从而达到成形与烧结的目的。

碳化硼燃点碳化硼（Boron carbide）是一种极硬的陶瓷材料，具有高熔点和高热稳定性。

它的燃点是指材料在外界条件下开始燃烧的温度。

碳化硼的化学式为B4C，由硼和碳两种元素组成。

它是一种具有特殊结构的陶瓷材料，硼原子和碳原子以3：1的比例排列，形成了一种类似于石墨的层状结构。

这种结构使得碳化硼具有很高的硬度和抗磨性，被广泛应用于防弹材料、研磨材料和高温材料等领域。

由于碳化硼的高熔点和高热稳定性，使得它具有较高的燃点。

燃点是指材料在外界条件下开始燃烧的温度。

对于碳化硼来说，它的燃点较高，通常在3000摄氏度以上。

这意味着在常规的氧化条件下，碳化硼不易燃烧。

碳化硼的高燃点使得它在高温环境下具有良好的稳定性。

在航空航天、核工程和高温实验等领域，常常需要材料能够在极端高温条件下保持稳定。

碳化硼的高燃点使得它成为这些领域中的理想材料之一。

除了高燃点外，碳化硼还具有其他优异的性能。

首先，它具有极高的硬度，接近于金刚石。

这使得碳化硼在研磨材料和防弹材料中得到广泛应用。

其次，碳化硼具有较好的热导率和耐热性，使其成为高温材料的理想选择。

此外，碳化硼还具有较低的密度和良好的化学稳定性。

然而，虽然碳化硼具有很高的燃点，但在特定条件下，它仍然可能发生燃烧。

例如，在氧化气氛中，碳化硼可能会与氧气发生反应，产生二氧化碳和硼酸等产物。

此外，在极端高温和高压条件下，碳化硼也可能会发生燃烧反应。

总结起来，碳化硼是一种具有高燃点的陶瓷材料。

它的燃点通常在3000摄氏度以上，使得它在高温环境下具有良好的稳定性。

碳化硼还具有高硬度、良好的热导率和耐热性等优异性能，使其在多个领域得到广泛应用。

然而，虽然碳化硼的燃点较高，但在特定条件下仍可能发生燃烧反应。

对于工程应用中的碳化硼材料，需要根据具体条件进行燃烧风险评估和防火措施设计，以确保材料的安全使用。

碳化硼的研究进展刘珅楠;孙帆;谭章娜;袁青;周凯静;马剑华【摘要】碳化硼是高性能陶瓷材料中的一种重要原料，包含诸多的优良性能，除了高硬度、低密度等性能外，它还具备高化学稳定性和中子吸收截面及热电性能等特性，在国防军事设备、功能陶瓷、热电元件等诸多领域具有十分广泛的应用。

本文重点介绍了碳化硼的相关性质、研究进展和应用现状。

详细地介绍了碳化硼的制备方法，如电弧炉碳热还原法、自蔓延高温法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等方法，并分析了它们的优缺点。

%Boron carbide is a kind of important raw materials of high performanceceramic material, including many excellent performance. In addition to highhardness and low density properties, it also has high chemical stability andneutron absorption cross section and thermoelectric properties, which are widely used in national defense and military equipment, functional ceramics and thermoelectric element fields. The current research progress and application of relevant properties, boron carbide were introduced. The preparation methods of boron carbide, such as carbon arc furnace reduction method, self-propagating high temperature method, chemical vapor deposition, sol-gel method, were mainly introduced, and their advantages and disadvantages were analyzed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】3页(P21-23)【关键词】碳化硼;特种陶瓷;自蔓延高温法;化学气相沉积法;溶胶-凝胶法;前驱体【作者】刘珅楠;孙帆;谭章娜;袁青;周凯静;马剑华【作者单位】温州大学化学与材料工程学院，浙江温州 325000;温州大学化学与材料工程学院，浙江温州 325000;温州大学化学与材料工程学院，浙江温州325000;温州大学化学与材料工程学院，浙江温州 325000;温州大学化学与材料工程学院，浙江温州 325000;温州大学化学与材料工程学院，浙江温州 325000【正文语种】中文【中图分类】TQ263.1材料是人类社会赖以生存和发展的物质基础。

b4c碳化硼计算公式B4C碳化硼计算公式。

碳化硼（B4C）是一种非常硬的陶瓷材料，具有优异的耐磨性和高温稳定性，因此被广泛应用于陶瓷制品、防弹材料、研磨工具等领域。

在工程设计和材料科学中，了解B4C的性能和特性对于正确选择材料和进行相关计算至关重要。

本文将介绍B4C碳化硼的计算公式和相关知识。

B4C碳化硼的化学式为B4C，由硼和碳元素组成。

它具有极高的硬度和热导率，因此在一些特定的应用中非常有用。

在工程设计中，我们可能需要计算B4C的一些性能指标，比如密度、硬度、热导率等。

下面将介绍一些常用的B4C计算公式。

1. 密度计算。

B4C的密度可以通过其化学组成和晶体结构来计算。

其化学式为B4C，摩尔质量为55.255g/mol。

假设B4C的晶体结构为立方晶系，晶格常数为a，则B4C的密度ρ可以通过以下公式计算：ρ = (4 10.811 + 12.011) / (4 10.811 + 12.011) a^3。

2. 硬度计算。

B4C的硬度可以通过维氏硬度测试来获得，也可以通过其晶体结构和键合特性来估算。

B4C的硬度主要受其晶体结构和键合特性的影响，可以通过一些经验公式来估算。

一种常用的估算公式为：Hv = 0.189 (ρ / 1000)^1.5。

3. 热导率计算。

B4C的热导率可以通过其晶体结构和热传导机制来计算。

B4C具有良好的热导率，可以通过以下公式进行估算：k = (1/3) Cv v l。

其中，Cv为比热容，v为声速，l为平均自由程。

这些参数可以通过实验或者理论计算获得。

除了上述的基本性能指标外，B4C的其他性能指标，比如抗拉强度、断裂韧性等也可以通过一些经验公式或者理论模型来计算。

在工程设计中，我们可以根据这些计算公式来选择合适的材料，并预测其性能表现。

需要注意的是，上述的计算公式和估算方法都是基于一些假设和经验参数的，实际应用中可能会存在一定的误差。

因此，在进行工程设计和材料选择时，需要综合考虑实际情况，并进行必要的实验验证。

碳化硼的现状分析报告
碳化硼是一种化学物质，化学式为BC2，具有高度的热稳定
性和硬度，是一种具有广泛应用前景的材料。

以下是碳化硼的现状分析报告。

1. 市场需求：碳化硼广泛应用于陶瓷、涂层、高温保护材料、刀具和研磨材料等领域。

随着工业生产的发展，对碳化硼的需求逐渐增加。

2. 市场规模：碳化硼市场规模持续扩大。

根据市场研究机构的数据显示，碳化硼市场在过去几年中年均复合增长率超过10%。

3. 技术进展：碳化硼的制备技术在过去几年中有了显著的进展。

新的制备方法使得碳化硼的纯度得到提高，同时降低了成本。

这些进展推动了碳化硼市场的发展。

4. 竞争态势：碳化硼市场竞争激烈。

目前市场上存在着多个制造商和供应商，其中一些企业拥有先进的制备技术和高品质的产品。

为了提高市场份额，企业需要不断创新和提高产品质量。

5. 市场前景：碳化硼具有许多优点，如高硬度、高温稳定性和低密度等，因此在高温环境下具有广泛的应用前景。

随着科技的进步和工业发展的推动，碳化硼市场有望继续保持增长。

总之，碳化硼是一种具有广泛应用前景的材料，市场需求正逐渐增加。

技术进展和竞争态势都推动着碳化硼市场的发展。

未
来，碳化硼市场有望继续保持增长，并在高温环境下发挥重要作用。