Trong suốt chiều dài lịch sử, chúng ta đã thấy người La Mã sử dụng thép làm áo giáp và mũ bảo hiểm để bảo vệ bản thân trong trận chiến. Mặc dù chúng ta đã đi một chặng đường dài từ những ngày mặc áo giáp sắt, khái niệm tự vệ và áo giáp đã phát triển đáng kể. Thép là một vật liệu cứng điều đó hạn chế khả năng di chuyển của bạn và khi một viên đạn bắn trúng một tấm thép, có khả năng các mảnh vỡ sẽ bắn trúng người mặc áo giáp. Tuy nhiên, những tiến bộ hiện đại đã giới thiệu những vật liệu mới cung cấp một giải pháp thay thế nhẹ hơn, mạnh hơn và hiệu quả hơn cho thép. Hãy làm quen với gốm boron carbide, một vật liệu thay đổi cuộc chơi trong áo giáp hiện đại.
Tấm giáp gốm có độ cứng và mật độ thấp vô song, khiến chúng trở thành một trong những lựa chọn tiên tiến nhất để ngăn chặn đạn tốc độ cao. Phần tốt nhất? Bạn có được khả năng bảo vệ vượt trội này mà không cần thêm gánh nặng đi kèm với áo giáp truyền thống. Vậy, áo giáp boron carbide hoạt động chính xác như thế nào và tại sao nó lại là vật liệu được lựa chọn cho các hoạt động quân sự và thực thi pháp luật hiện nay? Hãy cùng khám phá các ứng dụng và tính chất ngày càng tăng của gốm boron carbide.
Tại sao nên sử dụng gốm sứ trong áo giáp?
Sự ra đời của gốm sứ là một bước đột phá lớn trong bảo vệ đạn đạo, cung cấp khả năng bảo vệ mà áo giáp kim loại không thể sánh được. Vậy tại sao vật liệu gốm như boron carbide lại hiệu quả đến vậy?
Sự khác biệt giữa vật liệu gốm và áo giáp kim loại truyền thống
Giáp truyền thống như thép cực kỳ bền và có thể chịu được những tác động lớn. Do đó, nó được mọi người coi trọng và sử dụng trong nhiều trường hợp bảo vệ cao. Thép bền, đàn hồi và có khả năng hấp thụ lực của viên đạn cao, nhưng có một điều cần lưu ý — nó nặng và cồng kềnh. Độ cứng của thép truyền hầu hết lực tác động đến người mặc, tạo ra biến dạng mặt sau hoặc BFD. Lực tác động mạnh có thể gây ra chấn thương cùn, ngay cả khi viên đạn không xuyên qua.
Mặt khác, gốm sứ hoạt động rất khác. Các vật liệu gốm như boron carbide mạnh hơn thép, nhưng thay vì hấp thụ lực tác động, chúng phân tán lực bằng cách làm vỡ đạn khi tiếp xúc. Hiệu ứng vỡ vụn này làm vỡ viên đạn và ngăn không cho nó xuyên qua lớp giáp. Chất lượng này làm cho gốm sứ đặc biệt hữu ích để ngăn chặn đạn xuyên giáp có vận tốc cao.
Tuy nhiên, sau khi chịu tác động mạnh, tấm gốm rất dễ nứt, vỡ, đây là khuyết điểm không thể tránh khỏi của vật liệu gốm.
Bo cacbua là gì?
Bo cacbua cũng được gọi là gốm 'siêu cứng', tóm tắt hoàn hảo các đặc tính của nó. Bo cacbua là một trong những chất cứng nhất trên Trái Đất, xếp ngay sau kim cương và khối lập phương bo nitrua. Điều này làm cho boron carbide trở thành một loại gốm lý tưởng cho các ngành công nghiệp mà độ bền và khả năng bảo vệ là rất quan trọng. Được phát hiện lần đầu tiên vào thế kỷ 19, B4C (boron carbide) được tạo ra bằng cách kết hợp các nguyên tử boron và carbon trong một cấu trúc tinh thể liên kết chặt chẽ.
Tính chất độc đáo của Boron Carbide
Mật độ thấp:
Một trong những đặc điểm nổi bật của boron carbide là độ cứng đáng kinh ngạc, với độ cứng Mohs khoảng 9,5. Độ bền của loại gốm này chỉ có thể bị kim cương và một số hợp chất siêu cứng khác vượt qua. Độ cứng này cũng khiến nó cực kỳ hiệu quả trong việc chống mài mòn, va đập và xuyên thấu.
Độ cứng cao:
Bạn có thể mong đợi rằng vì gốm cực kỳ cứng nên nó cũng phải nặng. Trường hợp ngược lại đối với bo cacbua vì nó có mật độ thấp hơn nhiều so với các kim loại như thép và thậm chí là nhôm. Mật độ thấp này giúp bo cacbua có lợi thế đáng kể trong các ứng dụng như áo giáp, nơi mà tính cơ động và tàng hình là điều cần thiết. Đối với binh lính hoặc nhân viên thực thi pháp luật, mặc áo giáp nhẹ hơn có nghĩa là ít mệt mỏi hơn và nhanh nhẹn hơn trên chiến trường.
Độ dẫn nhiệt cao:
Một tính năng nổi bật khác của boron carbide là khả năng dẫn nhiệt hiệu quả. Trong các ứng dụng áo giáp, tính chất này giúp tản nhiệt sinh ra từ tác động của đạn có vận tốc cao. Ngoài áo giáp, tính dẫn nhiệt cao này khiến boron carbide trở nên có giá trị trong các ngành công nghiệp như năng lượng hạt nhân và sản xuất nhiệt độ cao, nơi khả năng chịu nhiệt và độ ổn định là rất quan trọng.
Ứng dụng của Boron Carbide
Gốm boron carbide đáp ứng mọi yêu cầu khiến nó trở nên lý tưởng cho áo giáp. Sau đây là một số ứng dụng quân sự mà boron carbide được sử dụng:
Giáp bảo vệ cơ thể: Boron carbide được sử dụng rộng rãi trong sản xuất tấm giáp bảo vệ cơ thể bằng gốm tiên tiến. Bản chất nhẹ của nó, cùng với khả năng ngăn chặn đạn xuyên giáp, khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho quân đội và nhân viên thực thi pháp luật.
Giáp trực thăng và xe cộ: Gốm bo cacbua không chỉ được sử dụng để bảo vệ cá nhân mà còn có thể được sử dụng để tăng cường khả năng bảo vệ của áo giáp xe quân sự, máy bay và trực thăng.
Tấm chắn đạn đạo boron carbide thường được các đội SWAT và đơn vị quân đội sử dụng, mang lại khả năng bảo vệ vượt trội trong những tình huống rủi ro cao. Vật liệu tiên tiến này đảm bảo độ bền tối ưu và khả năng cơ động nhẹ, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các hoạt động chiến đấu năng động.
Gốm Boron Carbide hoạt động như thế nào trong việc bảo vệ đạn đạo
Sau đây là khoa học về cách gốm boron carbide bảo vệ con người khỏi các mối đe dọa đạn đạo như đạn và mảnh đạn:
Khoa học đằng sau sự hấp thụ năng lượng
Khái niệm chính đằng sau bảo vệ đạn đạo là tìm ra vật liệu có thể quản lý và hấp thụ năng lượng từ một vật phóng, giống như một viên đạn. Khi một viên đạn di chuyển với vận tốc cao chạm vào một tấm giáp gốm được làm bằng boron carbide, vật liệu sẽ trải qua một quá trình hấp thụ năng lượng hấp dẫn. Sau đây là ba giai đoạn của quá trình đó:
Tác động ban đầu:
Khi đầu đạn chạm vào lớp giáp boron carbide, độ cứng giống kim cương của gốm khiến vật thể bị biến dạng hoặc vỡ vụn khi va chạm. Điều này xảy ra vì viên đạn không thể dễ dàng xuyên thủng bề mặt gốm do độ cứng vượt trội của boron carbide.
Xói mòn:
Khi viên đạn tiếp tục tác dụng lực lên tấm gốm, boron carbide bắt đầu vỡ hoặc bị ăn mòn. Quá trình này được thực hiện theo cách có kiểm soát và quá trình vỡ cục bộ cho phép vật liệu phân tán năng lượng từ tác động. Vì vậy, thay vì để đạn xuyên qua lớp giáp, boron carbide tự hy sinh bằng cách vỡ thành những mảnh nhỏ và phân tán lực tác động đến một khu vực lớn hơn.
Sự biến dạng:
Cuối cùng, có một vật liệu lót (thường là lớp composite hoặc sợi phía sau tấm gốm) hấp thụ mọi năng lượng còn lại. Lớp này giúp bắt giữ mọi mảnh vỡ còn lại từ đầu đạn và lớp gốm, ngăn không cho chúng xuyên thủng thêm. Ngay cả khi tấm gốm bị hỏng hoặc nứt sau khi hấp thụ cú đánh ban đầu, người đeo vẫn được bảo vệ khỏi lực mạnh của viên đạn.
Kết thúc
Boron carbide đã thay đổi cách chúng ta nghĩ về áo giáp và khả năng bảo vệ. Tính chất nhẹ nhưng cực kỳ bền của nó khiến nó trở thành một tài sản vô giá để bảo vệ cá nhân, mang lại cho binh lính và lực lượng thực thi pháp luật sự tự tin và tự do để thực hiện nhiệm vụ của mình hiệu quả hơn.
