Согласно древним преданиям, Чингисхан поручил своим всадникам носить шелковые жилеты под их броню, чтобы лучше защитить себя от натиска стрел во время боя. Со времен хана, бронежилеты значительно изменилась — шелк уступила ультра-твердых материалов, которые действуют как непроницаемые стены против большинства боеприпасов. Однако, даже эти доспехи могут потерпеть неудачу, особенно если это попадание высокоскоростных боеприпасов или других быстро движущихся объектов.
Исследователи из Техасского университета разработали новый рецепт, который может предотвратить недостатки в современной брони. Путем добавления небольшого количества элемента кремния в карбид бора, материала, обычно используемого для изготовления бронежилетов, они обнаружили, что пуленепробиваемые передач может быть существенно более устойчивым к высокой скорости ударов.
«За прошедшие 12 лет, исследователи ищут способы снизить ущерб от воздействия высокоскоростных пуль на броне сделаны с карбид бора», — сказал доктор Кельвин Се, доцент кафедры материаловедения и инженерии. «Наша работа, наконец, решает эту потребность и является шагом вперед в проектировании улучшенных бронежилетов, которые обезопасят от еще более мощного огнестрельного оружия во время боя.»
Это исследование было опубликовано в октябрьском выпуске журнала Science авансы.
Карбид бора, получившая название «Черный бриллиант», является искусственный материал, который занимает второе место ниже другого синтетического материала, называемого кубического нитрида бора на твердость. В отличие от кубического нитрида бора, однако, карбид бора легче производить в больших масштабах. Кроме того, карбид бора тверже и легче, чем другие доспехи материалов, таких как карбид кремния, что делает его идеальным выбором для защитное снаряжение, в частности, баллистические жилеты.
Несмотря на множество полезных качеств, карбид бора, его главным недостатком является то, что он может очень быстро повредить при высокой скорости воздействия.
«Карбид бора действительно эффективны для остановки пули путешествия ниже 900 метров в секунду, и поэтому он может блокировать весьма эффективно пули от пистолетов», — сказал Се. «Но выше этой критической скорости, карбид бора вдруг теряет свои баллистические характеристики и не так эффективно.»
Ученые знают высокоскоростной толчки вызывают карбида бора имеют фазовые превращения — явление, когда материал меняет свою внутреннюю структуру таким образом, что это в два или более физических состояний, как и жидкие и твердые, в то же время. Таким образом пуля преобразует карбида бора из кристаллическом состоянии, где атомы системно упорядоченных в стакан-как государство, где атомы расположены бессистемно. Это стекло-как государство ослабляет целостность материала в месте контакта между пулей и карбида бора.
«Когда карбид бора претерпевает фазовых превращений, стекловидной фазы создает шоссе трещин для распространения», — сказал Се. «Таким образом, любые локальные повреждения причинены в результате воздействия пули легко путешествует по всему материалу и причиняет все больше ущерба».
Предыдущие работы с помощью компьютерного моделирования предсказала, что добавление небольшого количества других элементов, таких как кремний, имел потенциал, чтобы сделать карбида бора менее ломкими. СЕ и его группа исследовали при добавлении крошечных количество кремния уменьшается также фазовых превращений.
Для имитации первоначального удара пули высокой скорости, исследователи сделали хорошо контролируемых вмятины на образцах карбида бора с алмазным наконечником, ширина которого меньше, чем человеческий волос. Потом, под мощным электронным микроскопом, они смотрели на микроскопических повреждений, который образовался от ударов.
СЕ и его коллеги обнаружили, что даже с крошечных количеств кремния, степень фазового превращения снизились на 30%, заметно снижая ущерб от вмятины.
Хотя кремний также служит для повышения свойства карбида бора, в СЕ объяснил, что все эксперименты должны быть сделаны, чтобы знать, если другие элементы, такие как литий и алюминий, может также улучшить производительность карбида бора по.
В ближайшем будущем, прогнозирует се эти сильнее двоюродных братьев из чистого карбида бора найдете других невоенных применений. Одно такое использование ядерного щита. Он сказал, что с помощью сенсорного кремния в карбид бора изменяет расстояние между атомами и создаются пустые пространства могут быть хорошие сайты для поглощения вредного излучения от ядерных реакторов.
«Как и в кулинарии, где небольшая щепотка специй может значительно улучшить вкус, с помощью небольшого количества кремния, мы можем значительно улучшить свойства карбида бора и, следовательно, найти новые приложения для этих сверхтвердых материалов», — говорит Се.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!