陶瓷材料可以應用于制作槍管嗎?

2019年11月19日

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特種陶瓷材料是用天然或者合成化合物在經過塑形之后承受高溫燒結而成的一種高密度無機非金屬材料。在經過特殊的材料配比和加工后,陶瓷內部分子高度緊固,其強度和硬度都大幅度超越了傳統金屬材料,并且具備耐高溫、耐腐蝕等獨有特點。據美國BCC公司預測,世界電子陶瓷產業年均增長速度為10%,各國都在積極研制開發并擴大特種陶瓷材料的生產。

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目前刀具制作、模具制造、耐高溫半導體、甚至是坦克裝甲都已經開始大范圍采用陶瓷材料。既然陶瓷材料具備如此多的優點,而傳統金屬槍管加工又相當復雜,我們能不能利用陶瓷材料高強度、易塑性能特點進行槍管的加工,以此來提高槍支的性能呢?

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目前主流的槍管材料都是高強度合金鋼,這類材料的韌性和可塑性都不錯,能夠承受槍管的各種熱脹冷縮和切割加工,但是最大的缺點就是硬度不夠導致耐磨性太差,在反復承受彈頭的高速旋轉和運動后,膛線都會被一點點磨平,最終讓整根槍管報廢。所以槍支的壽命取決于槍管,而槍管的壽命又取決于材料的耐磨性,受到金屬材料的限制,目前槍管的壽命普遍都在1萬到2萬發之間,很難超過這個范圍。而陶瓷材料可以很好的彌補這一缺點。

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以工具陶瓷材料中應用最廣泛的氧化鋁陶瓷為例,它的硬度達到了洛氏硬度HRA80-90,能夠長期在1600℃的高溫下穩定工作,耐磨性能達到高錳鋼的266倍,僅次于金剛石,遠遠超過了普通的碳鐵合金,能夠更好的耐受發射藥的燒子彈對于槍膛的摩擦,大幅度提高槍管的壽命。其次它的重量只有3.5g/cm3,不到合金鋼的一半,如果用它來造槍管,槍支也可以最大限度的減重,有效提高便攜性。

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然而陶瓷材料最主要的缺點就是脆性太大,韌性太差,瞬間的溫度變化和局部的開孔撞擊很容易讓它裂成碎片,即使具備硬度和低密度的特性,氧化鋁陶瓷仍舊無法成為制造槍管的材料。

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不過目前已經有一種新型陶瓷材料成為各國追逐研究的對象,它就是大名鼎鼎的氧化鋯陶瓷,這種特殊的陶瓷本來也和其他陶瓷合成材料一樣,脆性很大。但是在1975年,澳大利亞科學家在燒制過程中加入了氧化鈣作為穩定劑,這讓氧化鋯材料發生了馬氏體相變,內部應力相互調和,最后竟然具備了前所未有的高韌性。雖然目前還沒有量產的陶瓷槍管,但是隨著氧化鋯材料屬性的提高,未來很有可能會誕生氧化鋯槍管,這只是時間問題。

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