Top 6 vật liệu gốm chống đạn năm 2025

Từ năm 2024 đến năm 2025, tình hình an ninh toàn cầu ngày càng phức tạp, nhu cầu về thiết bị bảo hộ của nhiều người không ngừng tăng lên. Trong số rất nhiều vật liệu chống đạn, vật liệu gốm chống đạn đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các hệ thống bảo vệ hiện đại với hiệu suất vượt trội. Dữ liệu mới nhất cho thấy vật liệu gốm chống đạn đã tăng trưởng 23% trong năm qua, phản ánh đầy đủ vị trí quan trọng của gốm chống đạn trong lĩnh vực bảo vệ.

So với vật liệu chống đạn bằng thép truyền thống, vật liệu gốm nhẹ hơn và có hiệu suất bảo vệ vượt trội. Chúng dần trở thành vật liệu được lựa chọn hàng đầu cho mục đích bảo vệ nhẹ.
Bạn có tò mò về những vật liệu gốm đạn đạo phổ biến hiện nay không? Hãy đọc bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn.

Liên kết nhanh

1. Vật liệu gốm chống đạn chính thống
2. Khuyến nghị lựa chọn vật liệu gốm chống đạn
3. Phân tích so sánh toàn diện về tính chất của gốm chống đạn

Vật liệu gốm chống đạn chính thống

Gốm Alumina (Al2O3)

Nhôm oxit là đại diện cho thế hệ vật liệu gốm chống đạn đầu tiên và được sử dụng rộng rãi. Chi phí sản xuất alumina tương đối thấp, khiến nó trở thành lựa chọn kinh tế nhất trong số các loại gốm chống đạn. Nó không chỉ có độ cứng tuyệt vời mà còn có tính chất hóa học ổn định. Nó chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chống đạn giá rẻ, chẳng hạn như áo chống đạn của cảnh sát và xe bọc thép hạng nhẹ.

Tham khảo thông số kỹ thuật:

• Mật độ: 3,6-3,95 g/cm³
• Độ bền uốn: 200-400 MPa
• Độ cứng: HRA90
• Độ dẻo dai gãy: 3,0-4,5 MPa·m1/2

Bạn cần lưu ý rằng mật độ cao của nhôm oxit khiến nó không phù hợp cho các ứng dụng siêu nhẹ, độ bền uốn và độ dẻo dai khi gãy của nó tương đối thấp, cũng như khả năng chịu sốc nhiệt.

Gốm sứ Silicon Carbide (SiC)

Gốm sứ silicon carbide Hiện nay là loại gốm chống đạn cao cấp nhất. Cấu trúc tinh thể đặc biệt của nó tạo thành cấu trúc tứ diện giống kim cương, mang lại độ cứng cực cao và tính chất cơ học mạnh mẽ.

Về độ cứng, silicon carbide chỉ đứng sau kim cương và bo carbide, rất nhẹ, mật độ thấp hơn nhôm oxit khoảng 18%. Gốm silicon carbide chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị quân sự cao cấp, chẳng hạn như thiết bị chống đạn của lực lượng đặc nhiệm và các bộ phận bảo vệ quan trọng của xe bọc thép.

Tham khảo thông số kỹ thuật:

• Mật độ: 3,10-3,15 g/cm³
• Độ bền uốn: 400-730 MPa
• Độ cứng：≥HRA92
• Độ dẻo dai gãy: 5,0-5,5 MPa·m1/2

Giá thành của silicon carbide thường cao, độ bền tương đối thấp. Nếu chịu nhiều tác động mạnh, nó sẽ dễ bị nứt hơn.

Gốm sứ Boron Carbide (B4C)

Gốm sứ cacbua boron được biết đến là "gốm chống đạn nhẹ nhất". Mật độ của nó chỉ 2,45-2,52 g/cm³ (nhẹ hơn SiC khoảng 20%). B11C có cấu trúc tinh thể hình thoi độc đáo. CBC được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị và có cấu trúc không gian rất ổn định. Nó cũng là một trong những vật liệu siêu cứng nhẹ nhất được biết đến.

Bo cacbua chủ yếu được sử dụng trong các tình huống cần trọng lượng và khả năng bảo vệ cao, chẳng hạn như bảo vệ ghế phi công không quân, thiết bị chống đạn nhẹ của lực lượng đặc biệt, v.v. Ngoài ra, nó còn có khả năng hấp thụ neutron tốt và có thể được sử dụng để bảo vệ hạt nhân.

Tham khảo thông số kỹ thuật:

• Mật độ: 2,45-2,52 g/cm³
• Độ bền uốn: 200-500 MPa
• Độ cứng: 29-35 GPa
• Độ dẻo dai gãy: 2,0-4,7 MPa·m1/2

Hạn chế của bo cacbua là chi phí sản xuất cao, hiệu suất thiêu kết kém, nhiệt độ cao gần điểm nóng chảy và quy trình rất phức tạp. Độ xốp còn lại trong quá trình sản xuất cao, ảnh hưởng đến độ ổn định hiệu suất.

Gốm sứ Silicon Nitride (Si3N4)

Gốm silicon nitride có cấu trúc tinh thể hình kim độc đáo và tính chất cơ nhiệt tuyệt vời. Chúng chiếm một vị trí rất quan trọng trong lĩnh vực gốm chống đạn. Cơ chế tôi luyện đặc biệt của chúng là tốt nhất trong số tất cả các loại gốm chống đạn và có thể chịu được nhiều cú va đập mạnh.

Gốm silicon nitride chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị bảo vệ đòi hỏi độ bền cao, chẳng hạn như các bộ phận quan trọng của xe bọc thép và các cơ sở bảo vệ trường bắn cần được sử dụng nhiều lần.

Tham khảo thông số kỹ thuật:

• Mật độ: 3,2-3,3 g/cm³
• Độ bền uốn: 600-900 MPa
• Độ cứng: 15-16 GPa
• Độ dẻo dai gãy: 6,0-8,5 MPa·m1/2

Tuy nhiên, quá trình sản xuất silicon nitride tương đối phức tạp, chi phí cao và mật độ cao hơn SiC nên sẽ nặng hơn.

Gốm sứ Zirconia (ZrO2)

Zirconia có hiệu ứng tôi luyện pha tuyệt vời, và có thể thể hiện hiệu suất toàn diện vượt trội hơn sau khi được biến tính bằng cách pha tạp. Loại gốm chống đạn này chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp bảo vệ đặc biệt đòi hỏi độ bền và độ cứng cao, chẳng hạn như vật liệu xen kẽ cho kính chống đạn và các bộ phận kết nối then chốt của xe bọc thép.

Tham khảo thông số kỹ thuật:

• Mật độ: 5,7-6,0 g/cm³
• Độ bền uốn: 800-1000 MPa
• Độ cứng: 12-13 GPa
• Độ dẻo dai gãy: 7,0-10,0 MPa·m1/2

Zirconia có hiệu suất toàn diện tốt, nhưng mật độ của nó tương đối cao và không phù hợp cho các ứng dụng nhẹ.

Gốm sứ Titanat Nhôm (Al2TiO5)

Gốm titanat nhôm là một loại vật liệu chống đạn mới, đã cho thấy những ưu điểm độc đáo trong các nghiên cứu ứng dụng mới nhất trong những năm gần đây. Cấu trúc tinh thể của nó có đặc tính dị hướng đáng kể, mang lại hệ số giãn nở nhiệt cực thấp và khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời, giúp duy trì độ ổn định tốt hơn.

Gốm titanat nhôm chủ yếu được sử dụng trong một số môi trường bảo vệ có sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, chẳng hạn như áo giáp bảo vệ cho máy bay tốc độ cao và thiết bị bảo vệ vùng nóng.

Tham khảo thông số kỹ thuật:

• Mật độ: 3,2-3,4 g/cm³
• Độ bền uốn: 300-450 MPa
• Độ cứng: 11-13 GPa
• Độ dẻo dai gãy: 1,5-2,5 MPa·m1/2
• hệ số giãn nở nhiệt: 1,0-1,5×10⁻⁶/K

Hạn chế của nhôm titanat là độ bền cơ học thấp hơn so với các vật liệu gốm khác, yêu cầu về quy trình chế tạo và chi phí tương đối cao.

Tìm hiểu thêm về vật liệu chống đạn

Khuyến nghị lựa chọn vật liệu gốm chống đạn

Trong ứng dụng thực tế, sáu loại vật liệu gốm chống đạn này đều có những ưu điểm riêng và bạn cần đưa ra lựa chọn hợp lý dựa trên tình hình thực tế.

Đối với các yêu cầu về mức độ bảo vệ:

• Đối với mức bảo vệ NIJ Cấp độ III, bạn có thể lựa chọn giữa gốm oxit nhôm hoặc gốm silicon carbide
• Đối với mức độ bảo vệ NIJ IV, chúng tôi khuyên dùng gốm silicon carbide hoặc boron carbide
• Đối với nhu cầu bảo vệ đặc biệt, bạn có thể cân nhắc gốm silicon nitride hoặc zirconium oxide

Mô tả chi tiết về tiêu chuẩn cấp độ bảo vệ đạn đạo của NIJ như sau:

Ghi chú bổ sung:
Dữ liệu vận tốc là vận tốc của viên đạn trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

Xếp hạng NIJ do Bộ Tư pháp Hoa Kỳ thiết lập và là tiêu chuẩn bảo vệ đạn đạo được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.

Trong các ứng dụng thực tế, tốt nhất là chọn vật liệu bảo vệ cao hơn một cấp so với cấp yêu cầu để đảm bảo biên độ an toàn.

Cấp độ III và Cấp độ IV phải sử dụng tấm gốm hoặc tấm bảo vệ cứng khác. Bạn không thể đáp ứng các yêu cầu bảo vệ nếu chỉ sử dụng vật liệu mềm.

Yêu cầu về Trọng lượng bảo vệ:

• Đối với sự lựa chọn đầu tiên về trọng lượng nhẹ, tốt hơn hết bạn nên sử dụng gốm boron carbide
• Đối với các yêu cầu chung về trọng lượng nhẹ, bạn có thể chọn gốm silicon carbide
• Đối với các ứng dụng không nhạy cảm với trọng lượng, bạn có thể xem xét gốm oxit zirconium hoặc gốm oxit nhôm

Xem xét các yêu cầu về chi phí:

Nếu bạn có ngân sách hạn chế và mức độ bảo vệ không cao, bạn có thể cân nhắc sử dụng gốm sứ alumina.

Vật liệu tiết kiệm chi phí nhất là gốm silicon carbide, có hiệu suất, khả năng bảo vệ và độ bền cao.

Nếu bạn có hiệu suất cao và ngân sách đủ lớn, bạn có thể chọn gốm boron carbide hoặc silicon nitride.

Yêu cầu về môi trường sử dụng:

Đối với nhiệt độ khắc nghiệt (chẳng hạn như thay đổi nhiệt độ cực độ), bạn có thể cân nhắc gốm titanat nhôm hoặc gốm nitrua silic

Trong trường hợp va chạm nhiều lần, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng gốm silicon nitride hoặc gốm zirconium oxide có độ bền cao hơn.

Trong môi trường bình thường, bạn có thể chọn gốm silicon carbide hoặc gốm alumina có hiệu suất chi phí cao.

Tất nhiên, trong các ứng dụng thực tế, thiết kế composite thường được sử dụng để đạt được hiệu quả bảo vệ tốt nhất bằng cách bổ sung các ưu điểm của các vật liệu khác nhau. Ví dụ, silicon carbide được sử dụng làm lớp bề mặt, trong khi silicon nitride hoặc zirconium oxide được sử dụng ở tấm nền để cải thiện độ bền tổng thể, hoặc các vật liệu sợi khác được kết hợp để đạt được hiệu quả bảo vệ nhẹ hơn và tốt hơn.

Phân tích so sánh toàn diện về tính chất của gốm chống đạn

Nhận xét:

*Chỉ số chi phí tương đối: Đây là giá trị tương đối dựa trên alumina (1.0)

** Tuổi thọ sử dụng: là tuổi thọ lý thuyết trong điều kiện bảo quản tiêu chuẩn

*** Hiệu quả chi phí toàn diện: Đánh giá toàn diện dựa trên hiệu suất, chi phí và tính thực tiễn của gốm sứ (điểm tối đa 5 điểm)

Phần kết luận

Tùy theo từng trường hợp ứng dụng, bạn nên chọn vật liệu gốm khác nhau. Trên đây là 6 loại vật liệu gốm chống đạn được sử dụng phổ biến nhất. Hy vọng bài viết này có thể giúp ích cho bạn.

Tìm hiểu thêm về đồ gốm.