چگونه عملکرد سرامیکهای ضد گلوله را بهبود بخشیم؟
اگرچه سرامیکهای ضد گلوله سنتی از طریق برخی سختسازیها، اثر ضد گلوله خود را بهبود بخشیدهاند، اما هنوز هم دارای برخی معایب هستند، مانند افزایش چقرمگی مواد در حالی که گاهی اوقات استحکام مواد را کاهش میدهند. علاوه بر این، سرامیکهای ضد گلوله سنتی در برابر ضربات مداوم مقاوم نیستند، پس از ضربه قابل تعمیر نیستند، یکبار مصرف هستند، هزینههای بالایی دارند، قابلیت اطمینان پایینی دارند و قابلیت طراحی ساختاری خوبی ندارند.
در پاسخ به این کاستیها، محققان تمرکز خود را بر ترکیب چندین ماده ضد گلوله برای تشکیل مواد ضد گلوله کامپوزیتی آغاز کردهاند. یکی از جهتگیریهای اصلی تحقیق برای سرامیکهای کامپوزیتی ضد گلوله در حال حاضر، ترکیب الیاف با کارایی بالا برای تشکیل مواد کامپوزیتی سرامیک+پلیمر است. در زمینه کاربردهای ضد گلوله، سرامیکها سختی کافی دارند و عموماً به عنوان پنل استفاده میشوند، در حالی که الیاف مدول و چقرمگی بالایی دارند و میتوانند به عنوان تخته پشتی برای بهرهگیری از مزایای هر دو ماده استفاده شوند.
عملکرد ضد گلوله مواد کامپوزیت سرامیک+پلیمر تحت تأثیر ضخامت هر لایه از مواد ضد گلوله قرار میگیرد. با استفاده از روش سطح پاسخ و روش تحلیل المان محدود، یک صفحه هدف کامپوزیت سرامیک+پلیمر تشکیل شده از الیاف آرامید SiC-Al2O3 به دست آمد. تحقیقات نشان میدهد که وقتی صفحه هدف کامپوزیتی توسط گلولهها نفوذ میکند، پنل سرامیکی انرژی را از طریق تکهتکه شدن و انتقال موج تنش تلف میکند، در حالی که الیاف آرامید عمدتاً انرژی را از طریق کشش، کشش و شکستگی الیاف تلف میکنند. در بهترین ضد گلوله جامع، ضخامت SiC، Al2O3 و الیاف آرامید به ترتیب 4.54 میلیمتر، 4.50 میلیمتر و 7.17 میلیمتر است. در مقایسه با چگالی صفحه چنگک کامپوزیتی اصلی سرامیکهای کاربید سیلیکون با ضخامت 3 میلیمتر، سرامیکهای آلومینا با ضخامت 5 میلیمتر و الیاف آرامید با ضخامت 15 میلیمتر، چگالی صفحه چنگک کامپوزیتی 5.4 کیلوگرم بر متر مربع کاهش مییابد و اثر ضد گلوله نیز به طور قابل توجهی بهبود مییابد.