Jak poprawić parametry ceramiki kuloodpornej?

Chociaż tradycyjna ceramika kuloodporna poprawiła swoją odporność na uderzenia poprzez pewne hartowanie, nadal ma pewne wady, takie jak zwiększenie wytrzymałości materiału przy jednoczesnym jego zmniejszeniu. Ponadto tradycyjna ceramika kuloodporna jest trudna do zniesienia w przypadku ciągłych uderzeń, nie można jej naprawić po uderzeniu, jest jednorazowa, droga, mało niezawodna i nie oferuje dobrych możliwości projektowania konstrukcji.

W odpowiedzi na te niedociągnięcia, naukowcy zaczęli koncentrować się na łączeniu wielu materiałów kuloodpornych w celu uzyskania kompozytowych materiałów kuloodpornych. Jednym z głównych kierunków badań nad ceramiką kompozytową kuloodporną jest obecnie łączenie wysokowydajnych włókien w celu tworzenia materiałów kompozytowych ceramika+polimer. W dziedzinie zastosowań kuloodpornych ceramika charakteryzuje się wystarczającą twardością i jest zazwyczaj wykorzystywana w panelach, natomiast włókna charakteryzują się wysokim modułem sprężystości i wytrzymałością, dzięki czemu mogą być stosowane jako podkłady, wykorzystując zalety obu materiałów.

Na kuloodporność materiałów kompozytowych ceramika+polimer wpływa grubość każdej warstwy materiału kuloodpornego. Wykorzystując metodologię powierzchni reakcji i metodę analizy elementów skończonych, uzyskano ceramiczno-polimerową tarczę kompozytową utworzoną z włókien aramidowych SiC-Al2O3. Badania pokazują, że gdy pociski przebijają kompozytową tarczę, panel ceramiczny rozprasza energię poprzez fragmentację i transmisję fal naprężeń, podczas gdy włókna aramidowe rozpraszają energię głównie poprzez naprężenie, wydłużenie i pękanie włókien. W przypadku uzyskania najlepszej, kompleksowej kuloodporności, grubości włókien SiC, Al2O3 i aramidowych wynoszą odpowiednio 4,54 mm, 4,50 mm i 7,17 mm. W porównaniu z oryginalną gęstością kompozytowej płyty skrawającej o grubości 3 mm, ceramiki z węglika krzemu o grubości 5 mm i włókien aramidowych o grubości 15 mm, gęstość kompozytowej płyty skrawającej została zmniejszona o 5,4 kg/m2, a efekt kuloodporności został znacznie poprawiony.