碳化硅技术详解-7玻璃粘结SiC陶瓷金属复合材料定义

4 玻璃粘接SiC陶瓷金属复合材料的科学基础 金属增强陶瓷

4.1 玻璃粘结SiC陶瓷金属复合材料定义

玻璃键合碳化硅陶瓷金属复合材料 (GBSC-CMC) 是一种金属增强陶瓷，具有以下特征：

• • 硬质陶瓷颗粒填充：陶瓷成分约 84 vol.% 是由硬质陶瓷颗粒 (SiC、Al₂O₃ 或 B₄C，最常见的是 SiC) 填充的。

• • 玻璃基体：陶瓷成分约 16vol.% 为玻璃基体。

• • 钢网增强：GBSC-CMC 的陶瓷成分中嵌入毫米厚度的钢丝网，约占体积的 3-16%。

• • 拉伸约束：网状结构将陶瓷处于残余压缩状态，约为每平方米数吨，以阻止裂纹扩展。

• • 零孔隙，实现最大防弹效率。

GBSC-CMC 的基本设计准则如下：

• • 最大限度地使用硬质陶瓷颗粒，最小限度地使用玻璃，以最大限度地提高陶瓷的硬度和抗侵蚀性。

• • 为使重量最小，应使用最轻最硬的颗粒 (SiC 或 B₄C)。

• • 为降低成本，可以使用氧化铝，但其防弹重量效率非常低。

• • 在成本和重量都较低的情况下，SiC 是最佳选择。

• • 与这些硬质 SiC 或 B₄C 颗粒的玻璃界面结合存在复杂性，需要进行优化。

• • 对于穿甲应用，硬度比韧性更重要，因此需要最少量的钢网。

• • 对于高爆炸应用，例如聚能装药，韧性比硬度更重要，因此需要最大量的钢网。

• • 陶瓷/玻璃/钢结合涉及相当程度的材料工程，已经针对最大的弹道阻力进行了优化。

• • 宏观结构的高级工程也是可能的，可以引入弹丸偏航功能。