摘要 - 陶瓷装甲材料旨在保护人和车辆免受弹道损伤。当前,重点是开发具有难以实现的特性的陶瓷,例如高弹道性能和低重量。在过去的三十年中,陶瓷材料的发展导致其性质和结构均匀性的不断改善。但是,这些特性与陶瓷的弹道性能之间的关系尚不清楚。本文回顾了对陶瓷装甲故障阶段的当前理解以及评估弹道性能的方法。在氧化铝和碳化硅和碳化物碳化硅之间进行了比较。尽管陶瓷材料的开发积极地有助于提高其性质,但它们与弹道性能的关系仍然是一个谜。这项研究试图进一步了解陶瓷装甲的故障阶段以及如何评估其性能。对三种主要陶瓷材料进行了比较:氧化铝,碳化硅和碳化物,以更好地了解它们在弹道保护中的特性和潜在应用。
极端太空环境,例如太空真空、辐射、极端热环境和热循环、锯齿状月球尘埃、微重力、微流星体和轨道碎片 (MMOD)、推力羽流喷射物及其协同不利影响,都是对外行星和卫星进行安全和可持续太空探索的艰巨挑战。长时间的太空辐射暴露会使材料和结构变脆,而磨蚀性的锯齿状尘埃颗粒会严重磨损和侵蚀运动部件,导致过早失效。为了应对甚至缓解这种潜在的故障,需要坚固而特殊的材料,以使包括 Artemis 计划在内的 NASA 任务可持续进行,并将服务和维修需求降至最低。本研究报告称,含硼夹杂物 B 4 C 可以显著提高铝合金 (Al6061) 的耐磨性和辐射屏蔽/抗性,从而延长其在极端太空环境中的使用寿命。随着 B 4 C 夹杂物的增加,拉伸强度在室温和高温 (200˚C) 下都增加高达 20 vol%,而热导率则随着 B 4 C 浓度的增加而逐渐降低。与纯 Al6061 相比,当 Al6061 中添加 50vol% B 4 C 时,中子屏蔽效能提高了 110 倍以上。还利用在线太空辐射评估工具 (OLTARIS) 计算研究了银河宇宙射线 (GCR) 和太阳粒子事件 (SPE) 下的屏蔽效能。通过添加 B 4 C,可有效抑制通过 Al6061 基质的二次辐射引起的不利影响,从而提高对 GCR 和 SPE 的屏蔽效能。B 4 C 中硼的存在是增强对中子、GCR 和 SPE 环境辐射屏蔽能力的主要原因。
通过烧结机械合金化的 Fe 和 Si 粉末与 Mn、Co、Al、P 作为 p 型和 n 型掺杂剂,制备了添加了 B 4 C 纳米粒子的 β-FeSi 2 。随后将固结样品在 1123 K 下退火 36 ks。退火后烧结物的 XRD 分析证实了从 α 和 ε 几乎完全转变为热电 β-FeSi 2 相。样品表面的 SEM 观察结果与衍射曲线相符。TEM 观察结果显示 B 4 C 纳米粒子均匀分布在材料中,没有可见的聚集体,并确定了晶粒尺寸参数 d 2 < 500 nm。所有掺杂剂都有助于降低热导率和塞贝克系数,其中 Co 对提高与参考 FeSi 2 相关的电导率的影响最大。结合添加 Co 作为掺杂剂和 B 4 C 纳米粒子作为声子散射体,Fe 0.97 Co 0.03 Si 2 化合物的无量纲性能系数 ZT 在 773 K 时达到 7.6 × 10 –2。将所检测的烧结物与之前制造的相同化学计量但不添加 B 4 C 纳米粒子的烧结物的热电性能进行比较,发现它们总体上具有负面影响。关键词:二硅化铁、纳米粒子、热电材料
通过烧结机械合金化的 Fe 和 Si 粉末与 Mn、Co、Al、P 作为 p 型和 n 型掺杂剂,制备了添加了 B 4 C 纳米粒子的 β-FeSi 2 。随后将固结样品在 1123 K 下退火 36 ks。退火后烧结物的 XRD 分析证实了从 α 和 ε 几乎完全转变为热电 β-FeSi 2 相。样品表面的 SEM 观察结果与衍射曲线相符。TEM 观察结果显示 B 4 C 纳米粒子均匀分布在材料中,没有可见的聚集体,并确定了晶粒尺寸参数 d 2 < 500 nm。所有掺杂剂都有助于降低热导率和塞贝克系数,其中 Co 对提高与参考 FeSi 2 相关的电导率的影响最大。结合添加 Co 作为掺杂剂和 B 4 C 纳米粒子作为声子散射体,Fe 0.97 Co 0.03 Si 2 化合物的无量纲性能系数 ZT 在 773 K 时达到 7.6 × 10 –2。将所检测的烧结物与之前制造的相同化学计量但不添加 B 4 C 纳米粒子的烧结物的热电性能进行比较,发现它们总体上具有负面影响。关键词:二硅化铁、纳米粒子、热电材料
