کاربید بور برای زره ​​سبک

کاربید بور برای زره ​​سبک

خلاصه اجرایی

کاربید بور (B₄C) یک ماده سرامیکی برتر است که در سخت‌ترین کاربردهای زره ​​سبک وزن مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب استثنایی آن از  سختی شدید  و  چگالی بسیار کم،  آن را به ماده‌ای انتخابی تبدیل می‌کند که در مواقعی که بالاترین سطح حفاظت ممکن در کمترین وزن ممکن مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، استفاده از آن اغلب به دلیل هزینه بالا و شکنندگی ذاتی محدود می‌شود.

۱. کاربید بور چیست؟

کاربید بور یک ماده مصنوعی است که از اتم‌های بور و کربن تشکیل شده است. این ماده یکی از سخت‌ترین مواد شناخته شده است و پس از الماس و نیترید بور مکعبی، در رتبه سوم قرار دارد.

ویژگی‌های کلیدی زره:

• سختی فوق‌العاده:  حدود ۹.۵ در مقیاس موهس. این به آن اجازه می‌دهد تا پرتابه‌های سخت را شکست داده و خرد کند.

• چگالی بسیار کم:  حدود ۲.۵۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب. این تقریباً یک سوم چگالی فولاد است و آن را فوق‌العاده سبک می‌کند.

• سختی بالا (مدول الاستیک):  در برابر تغییر شکل تحت بار بسیار مقاوم است.

• مقاومت فشاری بالا:  می‌تواند در برابر نیروهای خردکننده عظیم مقاومت کند.

۲. چرا برای زره‌های سبک ایده‌آل است؟ اصل اساسی

مزیت اصلی،  نسبت سختی به چگالی بی‌نظیر آن است . از نظر زرهی، این به معنای  بهترین محافظت ممکن برای یک وزن مشخص است.

از نظر عملی، یک صفحه زرهی کاربید بور به طور قابل توجهی سبک‌تر از یک صفحه فولادی یا آلومینا (Al₂O₃) خواهد بود که همان سطح محافظت را ارائه می‌دهد. این امر برای موارد زیر بسیار مهم است:

• تحرک شخصی:  سربازان و نیروهای انتظامی می‌توانند بدون اینکه بیش از حد درگیر شوند، تجهیزات حفاظتی ضروری را حمل کنند.

• کاربردهای هوافضا و خودرو:  کاهش وزن در هواپیما (مثلاً صندلی‌های هلیکوپتر) و وسایل نقلیه باعث صرفه‌جویی در مصرف سوخت و افزایش عملکرد می‌شود.

۳. نحوه عملکرد آن در یک سیستم زرهی

کاربید بور تقریباً هرگز به تنهایی استفاده نمی‌شود. این ماده به عنوان  سطح جلویی ضربه  در یک سیستم زره کامپوزیتی عمل می‌کند.

مکانیسم:

1. ضربه و کند شدن:  هنگامی که یک پرتابه با سرعت بالا (به خصوص یک هسته فولادی سخت یا تنگستن) به صفحه کاربید بور برخورد می‌کند، سختی شدید آن نوک پرتابه را کند و فرسایش می‌دهد. این امر بلافاصله توانایی نفوذ پرتابه را کاهش می‌دهد.

2. شکست و جذب انرژی:  ضربه، موج ضربه‌ای ایجاد می‌کند که باعث می‌شود کاربید بور به صورت یک “مخروط” موضعی در زیر نقطه برخورد بشکند. این فرآیند شکستن، مقدار زیادی از انرژی جنبشی پرتابه را مصرف می‌کند.

3. توزیع بار:  صفحه سرامیکی سخت و سفت، نیروی ضربه موضعی را در سطح وسیع‌تری روی لایه پشتی پخش می‌کند.

4. جذب لایه پشتی:  ماده پشتی (معمولاً لایه‌هایی از  آرامید  یا  پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده بالا – UHMWPE ) سفت و انعطاف‌پذیر است. وظیفه آن این است که:

   • پرتابه خرد شده و قطعات سرامیکی را بگیرید.

   • انرژی جنبشی باقی مانده را از طریق تغییر شکل پلاستیک و کشش الیاف جذب کنید.

   • برای جلوگیری از تغییر شکل خطرناک پشت صورت (ترومای غیرنافذ)، یکپارچگی ساختاری را فراهم کنید.

این  هم‌افزایی «جلوی سخت / پشت انعطاف‌پذیر»  سنگ بنای زره ​​کامپوزیت سبک وزن مدرن است.

۴. مزایا در مقابل معایب

۵. مقایسه با سایر سرامیک‌های زرهی

راهنمای انتخاب رشته:

• کاربید بور:  زمانی انتخاب کنید که وزن عامل حیاتی مطلق باشد و بودجه در درجه دوم اهمیت قرار داشته باشد (مثلاً صفحات سرباز پیشرفته، هوافضا).

• کاربید سیلیکون:  بهترین تعادل بین عملکرد، قابلیت چند ضربه‌ای و هزینه را انتخاب کنید. رایج‌ترین سرامیک سطح بالا.

• آلومینا:  زمانی انتخاب کنید که بودجه محدودیت اصلی باشد و وزن اضافه قابل تحمل باشد.

۶. کاربردهای اولیه

• زره بدن شخصی:

  • صفحات تفنگ (ESAPI):  در محافظ‌های سلاح‌های کوچک نظامی (صفحات SAPI/ESAPI) برای متوقف کردن گلوله‌های پرقدرت و ضد زره استفاده می‌شود.

  • کلاه ایمنی برش بالا:  در کلاه ایمنی عملیات ویژه برای حداکثر محافظت در برابر ترکش‌ها و گلوله‌های تپانچه با حداقل وزن استفاده می‌شود.

• زره‌پوش‌های هوافضا و خودرو:

  • صندلی‌های هلیکوپتر:  محافظت از خلبانان در برابر آتش زمینی.

  • خودروهای زرهی سبک:  به عنوان زره اضافی برای درها و مناطق بحرانی.

  • زره هواپیما:  برای اجزای حیاتی و مناطق خدمه.

• دیگر:

  • صفحات لباس بمب افکن.

  • زره برای پلتفرم‌های با ارزش بالا و حساس به وزن مانند پهپادها.