Ile wiesz o balistycznym karbiedzie krzemu?

Zwykle możemy zobaczyć taki scenariusz w filmach: wybuchają strzelaniny, pociski lecą, a protagonista jest atakowany kulą w pierś, ale przewidywalnie odzyskuje przytomność i otwiera swoje kurtkę, odsłaniając nietkniętą kamizelkę kuloodporną z idealnie zdeformowanym pociskiem po uderzeniu. Czy takie kamizelki kuloodporne rzeczywiście istnieją w prawdziwym życiu, czy tylko w filmach?

Kuloodporne kamizelki i twardye płyty pancernych są już standardowym wyposażeniem służb prawnych i wojskowych. Jednak miękkie zbroje mają niski poziom ochrony i mogą tylko oprzeć się atakowi pocisków o niskiej prędkości, pociski szybkie można zatrzymać wyłącznie dzięki twardym płytom pancernym, które zwykle wstawia się do miękkich kamizelek, aby zapewnić dodatkową ochronę. W porównaniu z miękką zbroją, twardze wstawy ochronne są znacznie cięższe, ale zwykłe kompozytowe płyty ceramiczne mogą spełniać wymagania ludzi co do wagi, wydajności i ceny. Obecnie istnieje wiele rodzajów materiałów kuloodpornych ceramicznych, wśród których karbony krzemu uchodzą za idealny materiał do produkcji wyposażenia ochronnego, ze względu na swoją dużą wytrzymałość i mniejszą wagę. Karbony krzemu (SiC) mają dwie główne struktury kryształowe: sześcienne β-SiC i szesciokątne α-SiC. Karbony krzemu to związek o silnym wiązaniu kowalencyjnym, a udział wiązań jonowych Si-C wynosi około 12%, co przynosi SiC wiele korzyści, takich jak lepsze właściwości mechaniczne, dobrą odporność na utlenianie, dobrą odporność na zużycie oraz niski współczynnik tarcia. Ponadto ma ono również dobrą stabilność termiczną, wysoką wytrzymałość przy wysokich temperaturach, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, wysoką przewodność cieplną, dobrą odporność na szok termiczny i odporność na korozję chemiczną itp. Wszystkie te cechy sprawiają, że SiC jest ulubiony przez ekspertów wojskowych różnych krajów i znalazł szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. Jednakże, SiC ma również poważny defekt – jego struktura molekularna determinuje niską wytrzymałość na zginanie. Gdy dochodzi do uderzenia, SiC o superwysokiej wytrzymałości może bezproblemowo zatrzymać ogromną kinetyczną energię pocisku i natychmiast go rozbić na kawałki, podczas gdy z powodu niskiej wytrzymałości, SiC pęka lub nawet się rozpryskuje. Dlatego płyty SiC nie mogą wytrzymać wielokrotnych strzałów i mogą być używane jedynie jako jednorazowe płyty. Jednak według wielu badaczy w dziedzinie molekularnej, niska wytrzymałość SiC może być teoretycznie zrekompensowana i pokonana poprzez kontrolowanie procesu spiekania oraz przygotowywania włókien ceramicznych. Jeśli uda się to zrealizować, znacząco poprawi to zastosowanie SiC w dziedzinie kuloodporności, czyniąc go najbardziej idealnym materiałem do produkcji wyposażenia ochronnego.