Borcarbid zugesetztes Silizium macht Körperschutz schlagfester

Siliziumzusatz zu Borcarbid macht Körperschutz schlagfester
Borcarbid ist ein Material, das häufig zur Herstellung von kugelsicheren Westen verwendet wird, und Silizium wird Borcarbid zugesetzt, um Körperschutz schlagfester zu machen
Nahaufnahme von Borcarbid-Kristallen (Bild: Texas A&M College of Engineering)
Die Studie von Forschern der Texas A&M University wurde in Science Advances veröffentlicht.
„In den letzten 12 Jahren haben Forscher nach Möglichkeiten gesucht, den Schaden zu verringern, der durch den Aufprall von Hochgeschwindigkeitsgeschossen auf Panzerungen aus Borcarbid verursacht wird“, sagte Kelvin Y. Xie, Ph.D., Assistenzprofessor an der Abteilung der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. . „Unsere Arbeit adressiert endlich diesen unerfüllten Bedarf und ist ein Schritt in Richtung der Entwicklung fortschrittlicher Körperpanzer, die im Kampf gegen stärkere Waffen schützen.“ Beschreibung der ballistischen Rüstungsstruktur
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Borcarbid wird „schwarzer Diamant“ genannt und ist in seiner Härte nur von kubischem Bornitrid übertroffen. Im Gegensatz zu kubischem Borhydrid soll Borcarbid einfacher in Massenproduktion hergestellt werden können als andere Rüstungsmaterialien wie Siliziumkarbid, und es ist steifer und leichter, was es ideal für kugelsichere Westen und andere Rüstungsgegenstände macht.
Laut der Texas A&M University besteht der Hauptnachteil von Borcarbid darin, dass es schnell zerfällt, wenn es Stößen mit hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird.
„Borcarbid ist wirklich gut darin, Kugeln zu stoppen, die sich mit 900 Metern pro Sekunde fortbewegen, sodass es die meisten Pistolenkugeln effektiv stoppen kann“, sagte Xie in einer Erklärung. „Aber wenn diese kritische Geschwindigkeit überschritten wird, verliert Borcarbid plötzlich seine Ballistik. Leistung, wird weniger effektiv.“
kugelsichere Rüstung
Wissenschaftler wissen, dass Hochgeschwindigkeitsvibrationen dazu führen, dass Borcarbid einen Phasenübergang durchläuft, bei dem ein Material seine innere Struktur ändert und gleichzeitig zwei oder mehr physikalische Zustände annimmt. Der Aufprall des Geschosses überführt die Borcarbid-Atome aus dem systematisch geordneten kristallinen Zustand in den ungeordneten glasigen Zustand. Dieser glasartige Zustand schwächt die Materialintegrität am Kontaktpunkt zwischen dem Geschoss und dem Borcarbid.
Xie sagte: „Wenn Borcarbid einen Phasenübergang durchläuft, schafft der glasige Zustand einen Pfad für die Rissausbreitung. Daher kann sich jeder lokale Schaden, der durch den Aufprall einer Kugel verursacht wird, leicht im gesamten Material ausbreiten und immer mehr Schaden anrichten.“
Frühere Arbeiten mit Computersimulationen sagten voraus, dass das Hinzufügen kleiner Mengen anderer Elemente wie Silizium Borcarbid weniger spröde machen könnte. Xie und seine Gruppe untersuchten, ob die Zugabe kleiner Mengen Silizium auch den Phasenübergang verringert.