炭化ホウ素にシリコンを添加することで、防弾衣の

耐衝撃性を高めることができます

炭化ほう素

炭化ホウ素にシリコンを添加することで、防弾衣は衝撃に強く、炭化ホウ素は防弾チョッキの製造に一般的に使われる材料です。

炭化ホウ素結晶のクローズアップ図（図：徳州農工大学工学院）

テキサス農工大学（Texas A&M University）の研究者は、この研究を「科学的進展」に発表しました。

「過去12年間、研究者は高速弾の炭化ホウ素製装甲への衝撃を減らす方法を探しています。」謝ジェウク玄（Kelvin Y.Xie）博士は、材料科学と工学部助教授によると。我々の仕事は最終的に未満足の需要を解決しました。これは高級な防弾服を設計するステップです。戦闘中により強力な銃器を防御します。

防弾装甲構造説明

第一は防弾衣と運動服の合成膨張材に拡張できる（synthetic auxetic material）。

髪のナノスケール分析は新しい防弾衣の製造に役立つかもしれません。

炭化ホウ素は「黒いダイヤモンド」と呼ばれ、その硬度は立方窒化ホウ素に次ぐ。立方窒化ホウ素と違って、炭化ホウ素は炭化ケイ素などの他の装甲材料より大規模に生産しやすく、より硬く、より軽く、防弾チョッキや他の装甲プロジェクトに適していると言われています。

徳州農工大学によると、炭化ホウ素の主な欠点は高速衝撃を受けた時にすぐに壊れることです。

謝氏は声明の中で、「炭化ホウ素は確かに毎秒900メートルの速度で動く弾丸を止めるのが上手です。だから、ほとんどのピストルの弾を効果的に受け止めることができます。しかし、この臨界速度を超えると、炭化ホウ素はその弾道性能を突然失い、それほど効果的ではなくなってしまう。

防弾装甲

科学者たちは、高速振動が炭化ホウ素の相転移を引き起こすことを知っています。その中の一つの材料は内部構造を変え、二つ以上の物理状態を同時に示します。弾丸の衝突は，炭化ホウ素原子を系統的に秩序良く配列された結晶状態から無秩序に配列されたガラス状態に遷移させる。このようなガラスの状態は弾と炭化ホウ素との接触部位の材料完全性を弱める。

謝氏は「炭化ホウ素が相転移するとガラス状態は亀裂の伝搬に道を作る。したがって，弾丸の衝突によるいかなる局部的な損傷も材料全体に広がりやすく，より多くの損傷をもたらす。

コンピュータシミュレーションを用いて以前に行った作業予測により，少量の他の元素（例えばシリコン）を添加すると，炭化ホウ素が脆くならない可能性がある。謝と彼のグループは少量のシリコン添加でも相転移が減少したかどうかを調べた。

シリコンドープ炭化ホウ素結晶構造

高速弾丸の初期衝撃をシミュレートするために，研究者はダイヤモンド先端を持つ炭化ホウ素試料に制御可能なノッチを作った。その後，彼らは高出力電子顕微鏡を用いて衝撃による微視的損傷を観察した。

謝と彼の協力者は，シリコン含有量が少なくても相転移の程度が30%減少し，インデンテーションによる損傷が著しく減少することを見出した。

シリコンは炭素化ホウ素の性能をよく増強できるが、謝氏は他の元素（例えばリチウムとアルミニウム）も炭化ホウ素の性能を改善できるかどうかを知るために、より多くの実験が必要であると述べた。