装甲级硼

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装甲级硼 (B₄C) 是世界上最艰难，最轻的高级陶瓷之一, 使其非常适合弹道保护应用，从个人装甲到车辆和飞机电镀. 它的超高硬度（仅是钻石的第二次）与低密度相结合，使其具有出色的强度比率. 主要通过热压或弧形融合过程生产, B₄C陶瓷被设计成带有量身定制的微结构的瓷砖和整体板，以优化抗冲击力. 在服务中, 硼碳化物瓷砖通过将弹丸释放到迅速消散能量的细颗粒中。, 尽管性能会以极端的速度降解. 市场动态是由国防预算的上升和对轻质装甲的需求驱动的, 随着全球碳化物市场预计将以3-5％的复合年增长率到2030- 2035年增长.

什么是装甲级硼碳化物?

装甲级硼碳化物是一种专门形式的碳化物碳化物陶瓷，该形式明确为军事和执法申请中的弹道保护提供. 硼碳化物本身是一种共价粘合的陶瓷 (B₄C) 以其出色的硬度而闻名 9.5 在MOHS量表上 - 将其作为仅次于钻石的第二硬材料.
它的化学结构包括由碳原子连接的二十面体硼簇, 赋予高强度和热稳定性.

硬度和密度

硬度: B₄C在周围实现Vickers硬度值 30 GPa, 表现优于氧化铝 (铝2O₃) 和碳化硅 (碳化硅).
密度: 〜2.52 g/cm³, 比钢轻得多 (〜7.85 g/cm³) 或碳化钨 (〜15.6 g/cm³), 产生特殊的强度与重量比对轻质装甲系统至关重要.

机械韧性

虽然非常艰难, 碳化硼可以在高速影响下表现出脆性裂缝. 它的断裂韧性通常在2.5-3 mpa·m⁰。, 需要复合体系结构或分级结构来减轻快速裂纹的传播.

热稳定性和化学稳定性

在惰性气氛中，B₄C保持稳定至〜2300°C，并抵抗大多数酸和碱的化学攻击, 在恶劣的环境中使用.

制造业 & 加工

粉末合成

商业硼碳化物粉是通过:

弧形融合 (碳热还原): 在电弧炉中用〜2,400°C的碳减少B₂O₃，以产生粗糙的B₄C“鸡蛋,”被压碎并磨成粉末.
镁质还原: B₂o₃与镁和碳黑色反应, 产生多孔的团块随后被压碎和铣削.

成型 & 致密化

热按: 主要的工业路线涉及在1,900–2,000°C以下30–40 MPa以下的石墨模具中按下B₄C粉末。, 实现 >98% 理论密度. 虽然缓慢而昂贵, 它产生高性能瓷砖.
无压烧结: 盔甲少用, 通常需要烧结辅助 (例如, tib₂, 碳化硅) 降低温度并在没有施加压力的情况下致密.
功能分级的组件: 通过厚度变化的陶瓷 - 金属含量可以增强打击面的韧性，同时保持硬度.

弹道表现

能量耗散机制

对撞击, B₄C瓷砖的前脸骨折成吸收能量的微粒, 衬板包含碎片色散. 这个“陶瓷金属装甲”概念使用陶瓷罢工面孔粘合到延性金属背景 (例如, 铝, 钢) 为了获得最佳性能.

速度依赖性行为

测试表明，B₄C装甲符合大约900 m/s的弹丸, 有效停止大多数手枪和一些步枪弹. 超越这个关键速度, 灾难性的断裂和剥落降低了其保护能力.

比较性能

反对 7.62 mm ap (装甲) 回合, 标准热压B₄C瓷砖实现了深度渗透 (DOP) 与碳化硅相当或更好.
对功能分级的B₄C复合材料的最新研究显示为 15% 与整体瓷砖相比，弹道极限速度更高.
诸如rbb4c之类的替代配方 (反应结合) 与SIC相似，针对钢铁威胁，但成本较高, 限制广泛使用.

应用

个人装甲

硼碳化物陶瓷是高端小臂保护性插入物的首选材料 (奶牛) 并增强了SAPI (esapi) 由于重量轻和防护，步兵和特种部队穿着的板块.

车辆和飞机装甲

纳入B₄C的陶瓷装甲模块已部署在直升机上 (例如, 转子铅和机舱面板) 和防雷和弹道保护的陆地车辆.

海军和海洋盔甲

中和小海军容器利用海洋级硼碳化物面板保护关键区域免受弹片和海洋腐蚀.

工业和救生产品

超越国防, B₄C发现用于喷砂设备的磨料喷嘴和核反应堆中的中子屏蔽, 突出显示其多功能性.

市场前景 & 供应商

市场规模 & 生长

全球碳化物市场的价值为美元 169.9 百万英寸 2024 预计将达到美元 366.2 百万 2034 以约3.8％的复合年增长率.
替代预测将增长估计为美元 298.4 百万 2035 在 5.3% CAGR, 反映国防支出和平民需求的上升.

关键制造商

诺顿 (圣戈班) 1960年代后期，开创性商业热压板装甲文章，仍然是主要供应商.
河南优之源磨料 (高铁)硼碳化物材料的年生产能力是 1,000 吨. HSA提供磨料等级, 耐火等级和核级硼碳化物材料. HSA的硼碳化物符合FEPA标准, JIS标准和中国GB/T2481-1998标准.