6 лучших пуленепробиваемых керамических материалов в 2025 году

С 2024 по 2025 год ситуация в области глобальной безопасности становится всё более сложной, и спрос на средства защиты постоянно растёт. Среди множества пуленепробиваемых материалов пуленепробиваемая керамика играет всё более важную роль в современных системах защиты благодаря своим превосходным характеристикам. Последние данные показывают, что спрос на пуленепробиваемую керамику вырос на 231 процентный пункт (TP3T) за последний год, что в полной мере отражает важную роль пуленепробиваемой керамики в сфере защиты.

По сравнению с традиционными стальными пуленепробиваемыми материалами, керамические материалы легче и обладают превосходными защитными свойствами. Постепенно они стали основным материалом для лёгкой защиты.
Хотите узнать, какие материалы для баллистической керамики сейчас широко распространены? Прочитайте статью ниже, и вы получите полное представление о них.

Быстрые ссылки

1. Основные пуленепробиваемые керамические материалы
2. Рекомендации по выбору пуленепробиваемых керамических материалов
3. Комплексный сравнительный анализ свойств пуленепробиваемой керамики

Основные пуленепробиваемые керамические материалы

Керамика из оксида алюминия (Al2O3)

Глинозем Является представителем первого поколения пуленепробиваемых керамических материалов и широко применяется. Стоимость производства оксида алюминия относительно невысока, что делает его наиболее экономичным материалом среди пуленепробиваемых керамических материалов. Он обладает не только превосходной твёрдостью, но и стабильными химическими свойствами. Он в основном используется в производстве дорогостоящего пуленепробиваемого снаряжения, такого как полицейские бронежилеты и лёгкая бронетехника.

Технические параметры:

• Плотность: 3,6-3,95 г/см³
• Прочность на изгиб: 200-400 МПа
• Твердость: HRA90
• Вязкость разрушения: 3,0-4,5 МПа·м1/2

Необходимо отметить, что высокая плотность оксида алюминия делает его непригодным для сверхлегких конструкций, а его прочность на изгиб и вязкость разрушения относительно низкие, как и его способность выдерживать термические удары.

Керамика из карбида кремния (SiC)

Керамика из карбида кремния В настоящее время это самый высокий уровень пуленепробиваемой керамики. Его особая кристаллическая структура образует алмазоподобную тетраэдрическую структуру, что обеспечивает ему чрезвычайно высокую твёрдость и высокие механические свойства.

Карбид кремния уступает по твёрдости только алмазу и карбиду бора и очень лёгкий: его плотность примерно на 181 трлн ниже, чем у оксида алюминия. Керамика на основе карбида кремния в основном используется в высокотехнологичном военном оборудовании, таком как пуленепробиваемое снаряжение спецподразделений и ключевые защитные элементы бронетехники.

Технические параметры:

• Плотность: 3,10-3,15 г/см³
• Прочность на изгиб: 400-730 МПа
• Твердость: ≥HRA92
• Вязкость разрушения: 5,0-5,5 МПа·м1/2

Стоимость карбида кремния, как правило, высока, а его прочность относительно низкая. При многократном сильном ударе он с большей вероятностью растрескается.

Керамика из карбида бора (B4C)

Керамика из карбида бора известны как «самая лёгкая пуленепробиваемая керамика». Их плотность составляет всего 2,45–2,52 г/см³ (примерно на 20% легче SiC). B11C имеет уникальную ромбовидную кристаллическую структуру. CBC связан ковалентными связями и обладает очень стабильной пространственной структурой. Это также один из самых лёгких известных сверхтвёрдых материалов.

Карбид бора в основном используется в ситуациях, когда важны высокий вес и высокая степень защиты, например, защита сидений пилотов ВВС, легкое пуленепробиваемое снаряжение для спецподразделений и т. д. Кроме того, он также обладает хорошей способностью поглощать нейтроны и может использоваться для ядерной защиты.

Технические параметры:

• Плотность: 2,45-2,52 г/см³
• Прочность на изгиб: 200-500 МПа
• Твердость: 29-35 ГПа
• Вязкость разрушения: 2,0-4,7 МПа·м1/2

К недостаткам карбида бора относятся высокая стоимость производства, низкая эффективность спекания, высокая температура, близкая к температуре плавления, и сложность процесса. Кроме того, в процессе производства сохраняется высокая остаточная пористость, что влияет на стабильность характеристик.

Керамика на основе нитрида кремния (Si3N4)

Керамика из нитрида кремния Обладают уникальной игольчатой кристаллической структурой и превосходными термомеханическими свойствами. Они занимают важнейшее место в области пуленепробиваемой керамики. Их особый механизм закалки является лучшим среди всех видов пуленепробиваемой керамики и позволяет выдерживать многократные сильные удары.

Керамика на основе нитрида кремния в основном используется в защитном оборудовании, требующем высокой прочности, например, в ключевых деталях бронетехники и защитных сооружениях полигонов, которые необходимо использовать многократно.

Технические параметры:

• Плотность: 3,2-3,3 г/см³
• Прочность на изгиб: 600-900 МПа
• Твердость: 15-16 ГПа
• Вязкость разрушения: 6,0-8,5 МПа·м1/2

Однако процесс производства нитрида кремния относительно сложен, стоимость высока, а плотность выше, чем у SiC, который будет тяжелее.

Циркониевая керамика (ZrO2)

Цирконий Обладает превосходным эффектом фазового упрочнения и может демонстрировать превосходные комплексные характеристики после модификации легированием. Этот тип пуленепробиваемой керамики в основном используется в специальных защитных конструкциях, требующих высокой вязкости и прочности, например, в качестве межслойных материалов для пуленепробиваемых стекол и ключевых соединительных деталей бронетехники.

Технические параметры:

• Плотность: 5,7-6,0 г/см³
• Прочность на изгиб: 800-1000 МПа
• Твердость: 12-13 ГПа
• Вязкость разрушения: 7,0-10,0 МПа·м1/2

Цирконий обладает хорошими комплексными характеристиками, но его плотность относительно высока и он не подходит для легких конструкций.

Керамика из титаната алюминия (Al2TiO5)

Керамика из титаната алюминия — это новый тип пуленепробиваемого материала, показавший уникальные преимущества в ходе новейших прикладных исследований последних лет. Его кристаллическая структура обладает значительной анизотропией, что обеспечивает ему чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения и отличную стойкость к тепловым ударам, что позволяет лучше сохранять стабильность.

Керамика на основе титаната алюминия в основном используется в некоторых защитных средах с резкими перепадами температур, таких как защитная броня для высокоскоростных самолетов и оборудование для защиты зон повышенного давления.

Технические параметры:

• Плотность: 3,2-3,4 г/см³
• Прочность на изгиб: 300-450 МПа
• Твердость: 11-13 ГПа
• Вязкость разрушения: 1,5-2,5 МПа·м1/2
• Коэффициент теплового расширения: 1,0-1,5×10⁻⁶/K

Ограничением титаната алюминия является то, что его механическая прочность ниже, чем у других керамических материалов, а требования к процессу его получения и стоимость относительно высоки.

Узнайте больше о пуленепробиваемых материалах

Рекомендации по выбору пуленепробиваемых керамических материалов

С точки зрения практического применения эти шесть пуленепробиваемых керамических материалов имеют свои преимущества, и вам необходимо сделать разумный выбор, исходя из реальной ситуации.

Требования к уровню защиты:

• Для защиты уровня III NIJ вы можете выбрать керамику на основе оксида алюминия или карбида кремния.
• Для уровня защиты NIJ IV мы рекомендуем керамику на основе карбида кремния или карбида бора.
• Для особых требований по защите можно рассмотреть керамику из нитрида кремния или оксида циркония.

Подробное описание стандарта уровня баллистической защиты NIJ приводится ниже:

Дополнительные примечания:
Данные о скорости представляют собой скорость пули в стандартных условиях испытаний.

Рейтинг NIJ устанавливается Министерством юстиции США и является наиболее широко используемым стандартом баллистической защиты в мире.

На практике лучше всего выбирать защитный материал на один уровень выше требуемого, чтобы обеспечить запас прочности.

Для уровней III и IV необходимо использовать керамические или другие твёрдые защитные пластины. Выполнение требований защиты с использованием только мягких материалов невозможно.

Требования к весу защиты:

• Для первого выбора легкого варианта лучше использовать керамику на основе карбида бора.
• Если вам нужны легкие материалы, вы можете выбрать керамику на основе карбида кремния.
• Для применений, не чувствительных к весу, можно рассмотреть керамику на основе оксида циркония или оксида алюминия.

Рассмотрите требования к стоимости:

Если ваш бюджет ограничен, а уровень защиты невысок, вы можете рассмотреть вариант использования алюмооксидной керамики.

Лучшим экономически эффективным материалом является керамика на основе карбида кремния, которая обладает высокой эффективностью, защитой и долговечностью.

Если у вас высокая производительность и достаточный бюджет, вы можете выбрать керамику из карбида бора или нитрида кремния.

Требования к среде использования:

Для суровых температур (например, резких перепадов температур) можно рассмотреть керамику на основе титаната алюминия или нитрида кремния.

В условиях многократных ударов мы рекомендуем использовать керамику на основе нитрида кремния или оксида циркония, обладающую более высокой прочностью.

В обычных условиях можно выбрать керамику на основе карбида кремния или оксида алюминия с высокими экономическими показателями.

Конечно, в реальных условиях применения композитные конструкции часто используются для достижения наилучшего защитного эффекта, дополняя преимущества различных материалов. Например, карбид кремния используется в качестве поверхностного слоя, а нитрид кремния или оксид циркония – в качестве тыльной стороны для повышения общей прочности, или же другие волокнистые материалы комбинируются для достижения более лёгкого веса и лучшей защиты.

Комплексный сравнительный анализ свойств пуленепробиваемой керамики

Замечание：

*Относительный индекс стоимости: это относительное значение, рассчитанное на основе глинозема (1,0).

** Срок службы: относится к теоретическому сроку службы при стандартных условиях хранения.

*** Комплексная экономическая эффективность: комплексная оценка, основанная на эксплуатационных характеристиках, стоимости и практичности керамики (максимальная оценка 5 баллов)

Заключение

Для разных условий применения следует выбирать разные керамические материалы. Выше приведены 6 наиболее распространённых пуленепробиваемых керамических материалов. Надеюсь, это поможет вам.

Узнайте больше о керамике.