كيف يمكن تحسين أداء السيراميك المضاد للرصاص؟

على الرغم من تحسين فعالية السيراميك التقليدي المضاد للرصاص من خلال بعض عمليات التقوية، إلا أنه لا يزال يعاني من بعض العيوب، مثل زيادة صلابة المادة مع تقليل قوتها في بعض الأحيان. علاوة على ذلك، يصعب على السيراميك التقليدي المضاد للرصاص تحمل الصدمات المتكررة، ولا يمكن إصلاحه بعد الصدمة، وهو للاستخدام لمرة واحدة، وذو تكلفة عالية، وموثوقية منخفضة، ولا يتمتع بتصميم هيكلي جيد.

استجابةً لهذه النواقص، بدأ الباحثون بالتركيز على دمج مواد متعددة مضادة للرصاص لتكوين مواد مركبة مضادة للرصاص. أحد أهم اتجاهات البحث الحالية في مجال السيراميك المركب المضاد للرصاص هو دمج ألياف عالية الأداء لتكوين مواد مركبة من السيراميك والبوليمر. في مجال التطبيقات المضادة للرصاص، يتميز السيراميك بصلابة كافية ويُستخدم عادةً كألواح، بينما تتميز الألياف بمعامل مرونة ومتانة عاليين، ويمكن استخدامها كألواح خلفية للاستفادة من مزايا كلا المادتين.

يتأثر أداء المواد المركبة من السيراميك والبوليمر في مقاومة الرصاص بسماكة كل طبقة من طبقات هذه المواد. وباستخدام منهجية سطح الاستجابة وطريقة تحليل العناصر المحدودة، تم الحصول على لوحة هدف مركبة من السيراميك والبوليمر مكونة من ألياف الأراميد SiC-Al2O3. تُظهر الأبحاث أنه عند اختراق الرصاص للوحة الهدف المركبة، تُبدد لوحة السيراميك الطاقة من خلال التفتت وانتقال موجات الإجهاد، بينما تُبدد ألياف الأراميد الطاقة بشكل أساسي من خلال شد الألياف وتمددها وكسرها. عند تحقيق أفضل مقاومة شاملة للرصاص، تكون سماكة SiC وAl2O3 وألياف الأراميد 4.54 مم و4.50 مم و7.17 مم على التوالي. بالمقارنة مع كثافة لوحة الحماية المركبة الأصلية المكونة من 3 مم من سيراميك كربيد السيليكون، و5 مم من سيراميك الألومينا، و15 مم من ألياف الأراميد، انخفضت كثافة لوحة الحماية المركبة بمقدار 5.4 كجم/م²، كما تحسنت فعالية مقاومة الرصاص بشكل ملحوظ.