反应烧结碳化硅技术详解（RSSC）- 08 工业反应粘合碳化硅的竞争力（总结）

日期：2024-01-17 浏览：869

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8 工业反应粘合碳化硅的竞争力

RSSC 长期以来用于电陶瓷、耐火材料和耐磨陶瓷（尤其是在采矿和矿物加工行业）。然而，RSSC 在陶瓷装甲领域相对来说是后来者。尽管如此，RSSC 凭借其独特的属性组合，在当今的陶瓷装甲市场中扮演着重要角色：

RSSC 的成本仅比密度为 4.0 g/cm³ 的铝质装甲陶瓷高约 50%，后者重量更大。
最高级别的 RSSC 具有与 DSSC 碳化硅装甲相当的性能，但成本只有其一半。

1962 年，美国纳蒂克研发出世界上第一种军用陶瓷复合装甲，即铝/玻璃纤维系统 T65-2，该系统于 1965 年首次部署在美国驻越南飞行人员身上。大约在同一时期，美国军方开始研究碳化硅和碳化硼陶瓷作为装甲陶瓷，然而，当时由于重量较轻，碳化硼成为碳化硅的首选替代品。当时装甲碳化硅不是 RSSC，而是热压碳化硅。1968 年，Carborundum 公司被授予合同，为美国纳蒂克提供 30,000 个碳化硼装甲板，用于部署到美国驻越南地面部队。然而，1970 年，随着美国开始从越南战争撤军，美国领导层取消了这项采购订单。因此，美国军用陶瓷防弹衣的研发从 1970 年开始停滞了 26 年，直到 1996 年 ISAPO 然后 SAPI 计划开始。这次碳化硅作为 DSSC 成为主流陶瓷。

直到 21 世纪，RSSC 才真正被用作装甲陶瓷。美国 1996 年的 ISAPO 计划和 1998 年的 SAPI 计划在全球范围内对陶瓷防弹衣产生了巨大的需求，仅在几年时间内，将原本只是一个陶瓷装甲精品行业转变为一个主要行业。碳化硅成为 SAPI 计划的重要组成部分，如今已成为世界上防弹衣中使用的主要装甲陶瓷。这是因为碳化硅比碳化硼成本更低，比氧化铝重量效率更高。

美国 SAPI 计划引发了全球范围内向陶瓷防弹衣强化军队的重大趋势。当时，全球陶瓷装甲公司数量非常少，大多数公司都专注于特定级别的陶瓷。一些专注于 DSSC，一些专注于 B₄C，还有一些专注于 SiC 和 B₄C，以及氧化铝。

下面列出了与 RSSC 等级相关的部分相关工业应用，表 2 中列出了其性能列表。

表2 典型装甲级反应烧结碳化硅的机械和物理性能

RSSC 自 1980 年代以来就开始用于装甲，与 DSSC 相比，它具有生产成本非常低（接近氧化铝）、零孔隙率以及最高 RSSC 等级与 DSSC 相 comparable 的弹道性能等显著优势。
RSSC 密度高于 3.04 g/cm³（19 vol.% Si）适用于带衬套/铅芯弹丸。它在性价比竞争中远远领先于 DSSC。
RSSC 密度高于 3.08 g/cm³（15 vol.% Si）适用于穿甲弹。它在性价比竞争中远远领先于 DSSC，尽管 DSSC 在重量方面略有优势。
RSSC 密度高于 3.12 g/cm³（10 vol.% Si）适用于钨碳化物芯 M993 穿甲弹。它在性价比竞争中远远领先于 DSSC，但 DSSC 在重量方面具有优势。
一些 RSSC 供应商生产的 RSSC 密度在 3.00-3.04 g/cm³ 范围内，虽然可以用于耐磨陶瓷应用，但硅含量为 19-24 vol.%，弹道性能边缘化。一些生产的 RSSC 密度甚至低于 3.00 g/cm3，硅含量为 24 vol.% 或更多，即使用于耐磨陶瓷应用也边缘化，但非常适合电气应用。
RSSC 密度高于 2.95 g/cm³ 作为耐磨陶瓷，与它的两个主要竞争对手——氧化铝和熔融铸造玄武岩具有性价比竞争力。
RSSC 密度高于 3.05 g/cm³ 作为耐磨陶瓷，与它的两个主要竞争对手——DSSC 和碳化钨具有性价比竞争力。
本文全面回顾了 RSSC 制造过程，这是一个高度复杂的工艺，是进入市场的重大障碍，但并非不可逾越。
在装甲领域，RSSC 具有接近氧化铝成本的优势，并具有 20% 的 SiC 重量优势。此外，考虑到 RSSC 的低成本，水射切割的 RSSC 马赛克虽然缺乏氧化铝马赛克复杂的表面几何形状，但在多发命中方面与大型 SiC 或 B4C 板相比具有固有优势，并且成本更低，接近氧化铝马赛克但轻 20%。
将 RSSC 的硬度作为密度的函数进行绘图，其中纯 SiC 为 25 GPa，纯硅为 12.5 GPa（图3），表明平均硬度在 3.04 g/cm³ 甚至 3.00 g/cm³ 处都很好，但这有点误导。在 3.04，19% 的材料是硅，其硬度是 SiC 的一半，与氧化铝相当柔软（氧化铝范围为 9 到 14 GPa，类似于硅），而在 3.00，24% 的材料是硅。为了获得良好的弹道性能，对于带衬套/铅芯弹丸，密度应高于 3.04 g/cm³（19 vol.% Si），对于穿甲弹，密度应高于 3.08 g/cm³（15 vol.% Si）。如果它高于 3.08 g/cm³，则其性能接近 DSSC。