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Nueva estrella en el campo de los blindajes antibalas: la cerámica de carburo de boro

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Nueva estrella en el campo de los blindajes antibalas: la cerámica de carburo de boro

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El carburo de boro es uno de los materiales cerámicos más duros, apenas por debajo del diamante y el nitruro de boro cúbico. Debido a su baja densidad (∼2520 kg/m3), se ha convertido en el material preferido para los sistemas de blindaje corporal.

Encontramos que tanto la cerámica de carburo de silicio como la de carburo de boro tienen las características de baja densidad. La densidad de la cerámica de alúmina común es de unos 3,5g/cm-3, mientras que las densidades del carburo de silicio y del carburo de boro son sólo de 3,2g/cm-3 y 2,5g/cm-3 respectivamente. Se puede ver que bajo la tendencia de blindaje móvil ligero, los materiales de carburo de silicio y carburo de boro tienen ventajas inherentes.

En términos de módulo elástico, el módulo elástico de la cerámica de alúmina es de unos 350GPa, mientras que el módulo elástico de los materiales de carburo de silicio y carburo de boro es de unos 400GPa. Se puede observar que los tres principales materiales cerámicos de blindaje tienen todos las características de un alto módulo elástico.

En términos de dureza, carburo de boro>carburo de silicio>alúmina. Cabe mencionar que el carburo de tungsteno es el material clave para la producción de carburo cementado. En comparación con el carburo de silicio, la dureza del carburo de silicio es el doble de la del carburo de tungsteno, la densidad es 1/5 de la del carburo de tungsteno, y la resistencia se mantiene a 1400°C.

En cuanto a la resistencia al desgaste, carburo de boro>carburo de silicio>alúmina. Los datos medidos por el Instituto de Pulvimetalurgia de la Universidad Central del Sur muestran que la resistencia al desgaste de la cerámica de alúmina equivale a 266 veces la del acero al manganeso y a 171,5 veces la de la fundición de alto cromo. Se puede observar que la elevada dureza y la alta resistencia al desgaste de los materiales cerámicos son muy superiores a las del acero y el acero inoxidable resistentes al desgaste.

En cuanto a otras propiedades, el carburo de boro es único en la estabilidad térmica a alta temperatura. En comparación con la alúmina, su coeficiente de expansión térmica es inferior a 1/2. A 500°C, su conductividad térmica es un orden de magnitud superior, y su resistencia al choque térmico es casi 20 veces mayor. Pero sus problemas comunes son la baja tenacidad a la fractura y la alta fragilidad. Por lo tanto, el fortalecimiento y el endurecimiento de la cerámica antibalas siempre ha sido una dirección de investigación candente. Los métodos de refuerzo incluyen principalmente el sistema compuesto de cerámica multielemento, la cerámica funcionalmente graduada, el diseño de la estructura en capas, etc. Su resistencia a la fractura es pobre, la resistencia a la tracción es baja, y la fractura frágil es propensa a ocurrir. La placa de destino de cerámica compuesta debe estar unida por el panel de cerámica y la placa posterior de material compuesto para superar el fallo de la cerámica debido a la tensión de tracción. Este tipo de tablilla de puntería de material compuesto se suele fabricar uniendo pequeños trozos de paneles de cerámica y tablillas de respaldo de material compuesto, lo que también puede evitar que se rompa todo el panel de cerámica. Cuando el proyectil invade, sólo se aplasta una pieza del blindaje.

Además, los precios actuales de los materiales de carburo de silicio y carburo de boro siguen siendo relativamente altos, y el precio del carburo de boro llega incluso a los 700-800 yuanes por kilogramo, que es casi 10 veces el de los materiales de alúmina. Sin embargo, con el desarrollo de sistemas de blindaje ligeros y de alta eficiencia, la superioridad de la cerámica antibalas se ha hecho más prominente. Se cree que el Géminis de los materiales de blindaje antibalas, el carburo de silicio y los materiales de carburo de boro, tienen todavía mucho margen de mejora.