Conform tradițiilor antice, Genghis Khan i-a instruit călăreților să poarte veste de mătase sub armura lor pentru a se proteja mai bine împotriva atacului de săgeți în timpul luptei. De pe vremea lui Khan, armura corporală a evoluat semnificativ - mătasea a cedat loc materialelor ultra-dure care acționează ca niște ziduri impenetrabile împotriva majorității munițiilor. Cu toate acestea, chiar și această armură poate eșua, mai ales dacă este lovită de muniție de mare viteză sau de alte obiecte cu mișcare rapidă.

rețetă

Cercetătorii de la Universitatea Texas A&M au formulat o nouă rețetă care poate preveni slăbiciunile armurilor moderne. Prin adăugarea unei cantități minuscule de element de siliciu la carbură de bor, un material utilizat în mod obișnuit pentru fabricarea armurii, au descoperit că uneltele rezistente la glonț ar putea fi mult mai rezistente la impacturile de mare viteză.

„În ultimii 12 ani, cercetătorii au căutat modalități de a reduce daunele cauzate de impactul gloanțelor de mare viteză asupra armurilor realizate cu carbură de bor”, a spus Dr. Kelvin Xie, profesor asistent la Departamentul de Știința și Ingineria Materialelor. „Lucrarea noastră abordează în cele din urmă această nevoie neîndeplinită și este un pas înainte în proiectarea armurilor superioare care vor proteja împotriva armelor de foc și mai puternice în timpul luptei”.

Acest studiu a fost publicat în numărul din octombrie al revistei Science Advances.

Carbura de bor, supranumită „diamant negru”, este un material fabricat de om, care se situează pe locul al doilea sub un alt material sintetic numit nitrură de bor cubică pentru duritate. Spre deosebire de nitrura de bor cubică, totuși, carbura de bor este mai ușor de produs pe scară largă. De asemenea, carbură de bor este mai dură și mai ușoară decât alte materiale de armură, cum ar fi carbură de siliciu, făcându-l o alegere ideală pentru echipamentul de protecție, în special veste balistice.

În ciuda numeroaselor calități dorite ale carburii de bor, principala sa deficiență este că se poate deteriora foarte repede la impactul cu viteză mare.

"Carbura de bor este foarte bună la oprirea gloanțelor care călătoresc sub 900 de metri pe secundă și, prin urmare, poate bloca gloanțele de la majoritatea armelor de mână destul de eficient", a spus Xie. "Dar, peste această viteză critică, carbura de bor își pierde brusc performanța balistică și nu este la fel de eficientă".

Oamenii de știință știu că zguduiturile de mare viteză fac ca carbură de bor să aibă transformări de fază - fenomen în care un material își schimbă structura internă astfel încât să se afle în două sau mai multe stări fizice, cum ar fi lichid și solid, în același timp. Impactul glonțului transformă astfel carbură de bor dintr-o stare cristalină în care atomii sunt ordonați sistematic într-o stare asemănătoare sticlei în care atomii sunt dispuși la întâmplare. Această stare asemănătoare sticlei slăbește integritatea materialului la locul de contact dintre glonț și carbură de bor.

„Când carbura de bor suferă transformarea fazei, faza sticloasă creează o autostradă pentru propagarea fisurilor”, a spus Xie. "Deci, orice daune locale cauzate de impactul unui glonț se deplasează cu ușurință în tot materialul și cauzează progresiv mai multe daune."

Lucrările anterioare folosind simulări pe computer au prezis că adăugarea unei cantități mici dintr-un alt element, cum ar fi siliciu, avea potențialul de a face carbura de bor mai puțin fragilă. Xie și grupul său au investigat dacă adăugarea unei cantități mici de siliciu a redus și transformarea fazei.

Pentru a simula impactul inițial al unui glonț de mare viteză, cercetătorii au făcut scobituri bine controlate pe probe de carbură de bor cu un tip de diamant, a căror lățime este mai mică decât un fir de păr uman. Apoi, sub un microscop electronic de mare putere, au analizat daunele microscopice care s-au format din lovituri.

Xie și colaboratorii săi au descoperit că, chiar și cu cantități mici de siliciu, gradul de transformare a fazei a scăzut cu 30%, reducând considerabil daunele cauzate de indentare.

Deși siliciul servește bine pentru a spori proprietățile carburii de bor, Xie a explicat că trebuie făcute mai multe experimente pentru a ști dacă alte elemente, cum ar fi litiu și aluminiu, ar putea îmbunătăți și performanța carburii de bor.

În viitorul apropiat, Xie prezice că acești veri mai puternici ai carburii de bor pur vor găsi alte aplicații non-militare. O astfel de utilizare este în scuturile nucleare. El a spus că folosirea unei atingeri de siliciu în carbură de bor modifică distanța dintre atomi și spațiile goale create ar putea fi locuri bune pentru a absorbi radiațiile dăunătoare din reactoarele nucleare.

„La fel ca la gătit, unde un mic strop de mirodenii poate crește foarte mult aroma, folosind o cantitate mică de siliciu, putem îmbunătăți dramatic proprietățile carburii de bor și, prin urmare, putem găsi noi aplicații pentru aceste materiale ultra-dure”, a spus Xie.