ซิลิคอนที่เติมลงในโบรอนคาร์ไบด์ทำให้ชุดเกราะทนต่อแรงกระแทกมากขึ้น

ซิลิคอนที่เติมลงในโบรอนคาร์ไบด์ทำให้ชุดเกราะทนทานต่อแรงกระแทกมากขึ้น
โบรอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตเสื้อเกราะกันกระสุน และซิลิกอนถูกเติมลงในโบรอนคาร์ไบด์เพื่อทำให้ชุดเกราะทนทานต่อแรงกระแทก
มากขึ้น มุมมองระยะใกล้ของผลึกโบรอนคาร์ไบด์ (ภาพ: เท็กซัส) A&M College of Engineering)
การศึกษาโดยนักวิจัยของ Texas A&M University ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Advances
Kelvin Y. Xie, Ph.D., ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชากล่าวว่า “ในช่วง 12 ปีที่ผ่านมานักวิจัยมองหาวิธีลดความเสียหายที่เกิดจากกระสุนความเร็วสูงบนเกราะที่ทำจากโบรอนคาร์ไบด์ ของวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ . “ในที่สุดงานของเราก็ตอบสนองความต้องการที่ไม่ได้รับการตอบสนองนี้ และเป็นขั้นตอนหนึ่งสู่การออกแบบชุดเกราะขั้นสูงที่จะป้องกันปืนที่ทรงพลังกว่าในการต่อสู้” คำอธิบายโครงสร้างเกราะขีปนาวุธ
วัสดุออกซิติกสังเคราะห์ชนิดแรกที่สามารถขยายไปยังชุดเกราะและชุดกีฬา การวิเคราะห์ระดับนาโนของผมอาจช่วยสร้างเกราะขึ้นใหม่
โบรอนคาร์ไบด์เรียกว่า “เพชรสีดำ” และมีความแข็งเป็นอันดับสองรองจากลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์เท่านั้น โบรอนไฮไดรด์ต่างจากลูกบาศก์โบรอนไฮไดรด์ กล่าวกันว่าโบรอนคาร์ไบด์ผลิตได้ง่ายกว่าวัสดุเกราะอื่นๆ เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ และมีความแข็งและเบากว่า ทำให้เหมาะสำหรับเสื้อเกราะกันกระสุนและชุดเกราะอื่นๆ
จากข้อมูลของมหาวิทยาลัย Texas A&M ข้อเสียเปรียบหลักของโบรอนคาร์ไบด์คือการแตกตัวอย่างรวดเร็วเมื่อถูกกระแทกด้วยความเร็วสูง
“โบรอนคาร์ไบด์สามารถหยุดกระสุนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 900 เมตรต่อวินาทีได้ดีมาก จึงสามารถหยุดกระสุนปืนส่วนใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ” Xie กล่าวในแถลงการณ์ “แต่ถ้าเกินความเร็ววิกฤตนี้ โบรอนคาร์ไบด์ก็จะสูญเสียกระสุนไปในทันที ประสิทธิภาพการทำงานจะมีประสิทธิภาพน้อยลง”
เกราะกันกระสุน
นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าการสั่นสะเทือนด้วยความเร็วสูงทำให้โบรอนคาร์ไบด์ผ่านการเปลี่ยนเฟส ซึ่งวัสดุจะเปลี่ยนโครงสร้างภายในและถือว่าสถานะทางกายภาพสองสถานะขึ้นไปพร้อมๆ กัน ผลกระทบของกระสุนจะเปลี่ยนอะตอมของโบรอนคาร์ไบด์จากสถานะผลึกที่จัดลำดับอย่างเป็นระบบไปเป็นสถานะคล้ายแก้วที่ไม่เป็นระเบียบ สถานะคล้ายแก้วนี้ทำให้ความสมบูรณ์ของวัสดุลดลง ณ จุดสัมผัสระหว่างกระสุนปืนกับโบรอนคาร์ไบด์
Xie กล่าวว่า: “เมื่อโบรอนคาร์ไบด์ผ่านการเปลี่ยนเฟส สภาพเหมือนแก้วจะสร้างเส้นทางสำหรับการแพร่กระจายของรอยแตก ดังนั้น ความเสียหายในท้องถิ่นใดๆ ที่เกิดจากผลกระทบของกระสุนสามารถแพร่กระจายไปทั่ววัสดุได้อย่างง่ายดาย และทำให้เกิดความเสียหายมากขึ้นเรื่อยๆ”
งานก่อนหน้านี้โดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์คาดการณ์ว่าการเพิ่มองค์ประกอบอื่นๆ เช่น ซิลิคอน จำนวนเล็กน้อย อาจทำให้โบรอนคาร์ไบด์มีความเปราะบางน้อยลง Xie และกลุ่มของเขาตรวจสอบว่าการเติมซิลิกอนจำนวนเล็กน้อยยังช่วยลดการเปลี่ยนเฟสหรือไม่