Body armour – New materials,new systems

This is a very timely review of body armour materials and systems since new test standards are currently being written, or reviewed, and new, innovative products released. Of greatest importance, however, is the recent evolution, and maturity, of the Ultra High Molecular Weight Polyethylene fibres enabling a completely new style of system to evolve – a stackable system of Hard Armour Plates. The science of body armour materials is quickly reviewed with emphasis upon current understanding of relevant energy-absorbing mechanisms in fibres, fabrics, polymeric laminates and ceramics. The trend in on-going developments in ballistic fibres is then reviewed, analysed and future projections offered. Weaknesses in some of the ceramic grades are highlighted as is the value of using cladding materials to improve the robustness, and multi-strike performance, of Hard Armour Plates. Finally, with the drive for lighter, and therefore smaller, soft armour systems for military personnel the challenges for armour designers are reported, and the importance of the relative size of the Hard Armour Plate to the Soft Armour Insert is strongly emphasised.     

添加SiC微粉对硅树脂先驱体转化3D Cf/Si-O-C材料性能的影响

以三维碳纤维织物和廉价的硅树脂为原料,采用先驱体转化工艺制备3D G/Si-O-C材料,考察了浸渍液中添加SiC填料对材料微观结构、力学性能和抗氧化性能影响.结果表明:添加适量的SiC填料有助于减少基体孔隙,改善界面结合,从而提高材料的力学性能;而SiC含量过高时,容易在材料内部形成闭孔,从而导致材料力学性能下降.当SiC微粉含量为18.2%时,材料具有最好的力学性能,弯曲强度和断裂韧度分别为421.3MPa和13.0 MPa·m1/2;而材料的抗氧化性能随着SiC微粉含量的增加而增加,当SiC微粉含量为25.0%时,材料的弯曲强度保留率最高,达到了89.5%.     

SiC光学材料的电弧增强等离子体加工方法

Si C光学材料具有高化学稳定性,其在普通的等离子体加工中难以获得较高的加工效率。在等离子体加工实验中,发现提高等离子体的自身射频电压可增强等离子体与Si C材料之间的电弧放电作用,而借助电弧的增强作用可提高Si C材料的加工效率,因此提出电弧增强等离子体加工方法。为研究电弧的形成原理,使用自制的探针分别测量了普通电感耦合等离子体和电弧增强等离子体的电压。分别使用传统方法和电弧增强方法对S-Si C进行直线扫描加工实验,证明了电弧增强等离子体加工方法具有更高的加工效率。     

一种新型CVD铁涂层吸波纤维

利用Fe(CO)5受热分解,以CVD方法在SiC纤维表面涂覆单质铁的涂层。研究表明,涂层的引入对SiC纤维力学性能基本没有损伤;纤维依靠涂层导电,其电阻率显著降低;改变工艺条件,可以在较大范围内调节涂层纤维的介电常数,同时也引入了磁损耗机制;采用较低的沉积温度和较高的载气流速,可以提高介电常数和磁导率,同时有好的频散效应。     

纳米二氧化硅增强硬质聚氨酯泡沫塑料的制备

采用功率超声,将纳米二氧化硅颗粒分散到多次甲基多苯基多异氰酸酯体系内,然后与聚醚多元醇聚合制得了纳米二氧化硅增强的硬质聚氨酯泡沫塑料。SEM分析表明,纳米二氧化硅均匀分散在聚氨酯泡沫中。在较低添加量时,纳米二氧化硅使压缩强度和冲击强度有一定提高,但会引起多次甲基多苯基多异氰酸酯粘度迅速增加,从而导致发泡反应困难,当添加量为7wt%时,压缩强度和冲击强度开始下降。     

常压干燥制备疏水SiO2气凝胶

以聚二乙氧基硅氧烷(PDEOS)为原料,用甲基三乙氧基硅烷(MTES)对制得的醇凝胶进行表面改性,经乙醇和正己烷洗涤,在常压条件下干燥后得到疏水二氧化硅气凝胶.研究表明溶胶-凝胶体系中各组分的最佳配比为C2H5OH∶PDEOS∶HF∶H2O=20∶10∶3∶0.5(重量比);当MTES/ PDEOS(重量比)大于1.2时,经表面改性的疏水二氧化硅气凝胶与水的接触角大于110°,其密度和比表面积分别在125～160kg/m3和560～900m2/g范围.     

连续碳化硅纤维的研制

本文研究了用先驱体法制备连续碳化硅(SiC)纤维的全过程。通过常压高温裂解法制得纺丝性能好的聚碳硅烷,经100孔熔融纺丝、不熔化处理和高温烧成等一系列工艺处理,制得了高性能的SiC纤维。该纤维单丝直径8～15微米,连续长度达100米,抗拉强度为2～2.3GPa,抗拉模量178GPa。主要性能达到日本同类产品八十年代的水平。本文还对制备工艺的一些基本规律及连续纤维的主要性能进行了研究。     

聚碳硅烷纤维成形过程的稳定性研究

通过改变不同的熔融纺丝工艺研究了聚碳硅烷纤维熔融纺丝时纺丝稳定性的影响因素。研究表明:提高介质温度到180～200℃、采用向下的环形吹风、控制成形区气流的大小与流向、纺程控制在90cm左右、加强集束与控制外部条件的稳定性等有利于提高纺丝稳定性。     

全氢聚硅氮烷的合成与表征

采用二氢二氯硅烷氨解法合成了氮化硅陶瓷先驱体全氢聚硅氮烷,并用红外光谱、凝胶渗透色谱、热重、X射线衍射和元素分析等进行了表征。所合成的先驱体低聚物的分子骨架为[SiH2NH]n,数均分子量为106,重均分子量为178。固化后的先驱体在氮气下1000℃裂解转变为棕色粉末,陶瓷产率78wt%。将陶瓷产物在氮气下1400℃处理后,其主要成分为α-Si3N4,并含有少量富余硅,化学经验式为SiN1.036O0.060C0.028。陶瓷产物在氮气下1600℃处理后的X射线衍射谱图表明,游离硅已基本消失,α-Si3N4衍射峰加强,但是没有观察到从α-Si3N4到β-Si3N4的相转变。     

化学气相沉积碳化硅超光滑抛光机理与表面粗糙度影响因素

为实现化学气相沉积碳化硅(CVD SiC)的超光滑抛光,采用纳米划痕试验研究了化学气相沉积碳化硅脆塑转变的临界载荷,根据单颗磨粒受力对其抛光机理进行了分析,并从材料特性、工艺参数以及抛光液pH值三个方面对其表面粗糙度影响因素进行了系统的试验研究.研究结果表明:化学气相沉积碳化硅的稳定抛光过程是磨粒对碳化硅表面的塑性域划痕过程;CVD SiC的晶粒不均匀与表面高点会降低晟终所能达到的表面质量;表面粗糙度在一定范围内随磨粒粒度增加呈近似线性增长,随抛光模硬度的增加而增长;抛光压强对表面粗糙度的影响规律与抛光模的变形行为相关,当抛光模处于弹性或弹塑性变形阶段时,表面粗糙度随抛光压强的增加呈小幅增长,而当抛光模包含塑性变形之后,表面粗糙度基本与抛光压强无关;此外,抛光速度和抛光液pH值对表面粗糙度的影响不大.研究结论为CVD SiC超光滑抛光的工艺参数优化选择提供了定量的试验依据.