Hoe kan de prestatie van kogelwerend keramiek worden verbeterd?

Hoewel traditionele kogelwerende keramiek door bepaalde verhardingstechnieken een verbeterde kogelwerende werking heeft, kent het nog steeds enkele nadelen. Zo neemt de taaiheid van het materiaal soms af ten koste van de sterkte. Bovendien is traditionele kogelwerende keramiek moeilijk bestand tegen continue impacts, kan het na een impact niet gerepareerd worden, is het wegwerpbaar, heeft het hoge kosten, een lage betrouwbaarheid en is het niet goed structureel ontwerpbaar.

Als reactie op deze tekortkomingen zijn onderzoekers zich gaan richten op het combineren van meerdere kogelwerende materialen tot composiet kogelwerende materialen. Een van de belangrijkste onderzoeksrichtingen voor kogelwerende composietkeramiek is momenteel het combineren van hoogwaardige vezels tot keramiek+polymeercomposietmaterialen. In kogelwerende toepassingen heeft keramiek voldoende hardheid en wordt het over het algemeen gebruikt als panelen, terwijl vezels een hoge modulus en taaiheid hebben en kunnen worden gebruikt als achterplaten om de voordelen van beide materialen te benutten.

De kogelwerende eigenschappen van keramiek-polymeercomposietmaterialen worden beïnvloed door de dikte van elke laag van het kogelwerende materiaal. Door gebruik te maken van de respons-oppervlaktemethodologie en de eindige-elementenanalysemethode werd een keramiek-polymeercomposietdoelplaat gevormd door SiC-Al2O3-aramidevezels verkregen. Onderzoek toont aan dat wanneer de composietdoelplaat door kogels wordt doorboord, het keramische paneel energie dissipeert door fragmentatie en de overdracht van spanningsgolven, terwijl de aramidevezels voornamelijk energie dissiperen door vezelspanning, -rek en -breuk. Voor de beste algehele kogelwerende werking zijn de diktes van SiC, Al2O3 en aramidevezels respectievelijk 4,54 mm, 4,50 mm en 7,17 mm. Vergeleken met de oorspronkelijke composietdoelplaat met een dichtheid van 3 mm dik siliciumcarbidekeramiek, 5 mm dik aluminiumoxidekeramiek en 15 mm dikke aramidevezels, is de dichtheid van de composietdoelplaat met 5,4 kg/m² verminderd en is het kogelwerende effect aanzienlijk verbeterd.