矛與盾的較量

隨著武器威力的不斷增大，各種防護(hù)裝置也在日新月異地發(fā)展。現(xiàn)在，戰(zhàn)場(chǎng)上幾乎所有能“動(dòng)”地目標(biāo)，無論是士兵還是運(yùn)輸、戰(zhàn)斗工具，都不得不穿上各種能夠抵御攻擊的裝(護(hù))甲來掩護(hù)自己。裝甲材料從最初的鋼材逐步發(fā)展到鋁合金、復(fù)合材料、陶瓷等高科技材料。那么，到底這些新材料有何等神通，能夠抵御槍／炮彈的攻擊呢?

分解能量還是吸收能量

在介紹裝甲材料的性能之前，先來了解一下裝甲材料的防護(hù)原理。裝甲材料一般被分為兩種類型：分解能量型和吸收能量型。分解能量型材料通常強(qiáng)度較高，如高硬度鋼和陶瓷。在多層裝甲結(jié)構(gòu)中應(yīng)用分解能量型材料的目的是使侵徹彈丸破碎或快速分解其能量。換句話說，其可使動(dòng)能彈在撞擊裝甲后形成碎片，并且碎片的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，偏離裝甲。吸收能量型材料則可以吸收彈丸動(dòng)能，并將它轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的能量，如熱能。上述分類是從理論上劃分的，實(shí)際上大多數(shù)裝甲系統(tǒng)都被設(shè)計(jì)成既能分解又能吸收彈丸能量，材料的選擇則取決于設(shè)計(jì)師期望達(dá)到的防護(hù)程度。

鋼 材

鋼的性能優(yōu)異，經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)和熱處理后，可以具有分解或吸收能量的性能。從第二次世界大戰(zhàn)開始，鋼通常以機(jī)械軋制均質(zhì)裝甲(RHA)的形式應(yīng)用于軍用車輛。軋制的裝甲通常經(jīng)過二次熱處理(820℃～860℃)，并在油或水中淬火以提高硬度，然后再經(jīng)過回火處理(保持460℃～650℃加熱數(shù)小時(shí))以增加韌性，最后得到的產(chǎn)品才能稱為均質(zhì)裝甲。選擇不同的回火溫度可以獲得不同的機(jī)械性能和防護(hù)性能，一般較低的回火溫度用于處理較薄、硬度較高的裝甲，較高的回火溫度用于處理較厚、硬度較低的裝甲。

采用不同的處理方法可以使同一塊裝甲的不同層面具備不同的性能。目前通常采用表面淬火法，使韌性較好的裝甲襯層可以抑制裝甲的裂紋擴(kuò)展，硬度較高的防護(hù)層可以使侵徹彈丸碎裂分解。過去采用的方法有火焰淬火處理。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)“虎王”坦克的裝甲就采用這種工藝。這種工藝是將裝甲表面加熱到很高的溫度，然后快速冷卻(淬火)形成高硬度、脆性大的表層，離表層越遠(yuǎn)的層面硬度越小，韌性越高。

使一塊裝甲具有兩種不同硬度的有效方法則是將兩塊不同的裝甲軋制連接成一塊。經(jīng)過這種技術(shù)處理的裝甲稱為哈德菲爾德雙重裝甲(HAD)，在第二次世界大戰(zhàn)前就已采用，這種技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)已演進(jìn)為雙硬度裝甲(DHA)。雙硬度裝甲技術(shù)在美國(guó)仍是當(dāng)前裝甲板的主要生產(chǎn)技術(shù)之一，生產(chǎn)時(shí)將兩塊鎳合金鋼板輥壓接合在一起，經(jīng)過熱處理后，軋制裝甲一面含碳量高、硬度大，布氏硬度值達(dá)到580～710HB，而另一面硬度較低，布氏硬度值為450～530HB，能保持較好的韌性。

雙硬度裝甲在防護(hù)穿甲彈時(shí)的性能遠(yuǎn)好于高硬度裝甲。不過，盡管雙硬度裝甲具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但因其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，并沒有受到太多青睞。

高硬度裝甲是對(duì)布氏硬度值超過430HB的均質(zhì)鋼裝甲的通稱，其生產(chǎn)過程類似于軋制均質(zhì)裝甲，只是回火溫度較低。較薄的高硬度裝甲可用于防御鉛／銻彈頭，3mm厚的可以防御手槍彈，8mm厚的可以防御高速步槍彈，如初速為920m／s的5．56×45mm SS109彈。為了防御鋼心穿甲彈，則厚度須達(dá)到12～13mm。瑞士莫瓦格公司的皮蘭哈輪式裝甲車族就采用了高硬度鋼裝甲，可以防御7.62mm步槍彈。其他安裝高硬度裝甲的車輛包括凱迪拉克·蓋奇公司生產(chǎn)的“黃貂魚”輕型坦克和LAV 300輪式裝甲車族。

最近幾年，常見一些輕質(zhì)的附加式裝甲系統(tǒng)與多孔高硬度鋼裝甲板組合在一起應(yīng)用。多孔裝甲的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，同樣厚度時(shí)，它比均質(zhì)裝甲要輕得多。裝甲板上鉆孔使侵徹彈丸產(chǎn)生不對(duì)稱負(fù)載，從而導(dǎo)致彈心在侵徹裝甲板時(shí)產(chǎn)生彎曲負(fù)載，造成彈心斷裂或至少造成侵徹過程中的不穩(wěn)定。多孔裝甲系統(tǒng)主要用于裝甲人員輸送車和步兵戰(zhàn)車的頂裝甲，如拉斐爾公司生產(chǎn)的TOGA附加被動(dòng)裝甲，1980年代以色列入侵黎巴嫩時(shí)已將其應(yīng)用于以軍的M113裝甲車上。多孔裝甲在防御采用低疲勞拉伸率(<3％)彈心的穿甲彈時(shí)非常有效，如B32 14.5mm、APM2 7.62mm穿甲彈等。

鋁合金

目前應(yīng)用較多的是7039鋁—鋅—鎂合金，其在防御穿甲彈方面比過去的5083鋁合金更有效。7039鋁合金的強(qiáng)度比5083鋁合金高，極限抗拉強(qiáng)度(UTS)達(dá)到420MPa，而5083鋁合金的僅為280MPa。與軋制均質(zhì)鋼裝甲相比，7039鋁合金防御穿甲彈的性能更出色，尤其是在7.62mm和14.5mm穿甲彈垂直射入時(shí)，而且鋁合金裝甲在防御14.5mm穿甲彈方面的優(yōu)勢(shì)要比防御7.62mm穿甲彈時(shí)更明顯。

盡管鋁合金在裝甲戰(zhàn)車上得到廣泛應(yīng)用，但它還有很多缺點(diǎn)，最突出的就是：鋁合金在受到攻擊而產(chǎn)生抗拉應(yīng)力時(shí)，常發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，在加工、組裝或焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力均有可能引起鋁合金疲勞。

另外，鋁合金的抗裂強(qiáng)度比鋼低，容易碎裂，而且熔點(diǎn)也比鋼低，溫度升高時(shí)很容易變軟，變成碎粒后很有可能會(huì)燃燒。

鈦合金

鈦合金性能毋庸置疑，但高成本大大限制了它的使用——鈦合金裝甲的成本是具備同樣防護(hù)性能鋼裝甲的10-20倍。

雖然價(jià)格上處于劣勢(shì)，但鈦合金的強(qiáng)度可以與軋制均質(zhì)鋼裝甲媲美，但密度只是鋼的60％，因此，遭受同樣的打擊，相同重量的鈦合金的防護(hù)效能比軋制均質(zhì)鋼裝甲高30％-40％。

但是，鈦合金也有其自身缺陷，即在一定的應(yīng)力條件下，如彈丸的一小部分動(dòng)能作用在裝甲板上形成剪切應(yīng)力時(shí)，鈦合金比鋼更容易產(chǎn)生絕熱剪切(絕熱剪切現(xiàn)象自1940年代提出，是在沖擊載荷作用下金屬材料中經(jīng)常出現(xiàn)的一種重要破壞模式)而斷裂。不過當(dāng)鈦合金受到撞擊或小、中、大口徑穿甲彈打擊時(shí)還不致發(fā)生剪切破壞。

合成材料

除了鋼、鋁合金、鈦合金，合成材料的防御性能也在不斷地被挖掘提高。合成材料一般由粘合的增強(qiáng)纖維基質(zhì)薄板構(gòu)成，典型的纖維材料包括高強(qiáng)度玻璃纖維(s-glass)、無堿玻璃纖維(E-glass)、凱夫拉、碳纖維、硼纖維和石墨纖維等。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，合成材料本身并不足以抵御穿甲彈的打擊，需要與陶瓷或高硬度鋼板組合使用才能發(fā)揮效能。

和具備相同防護(hù)級(jí)別的金屬裝甲相比，合成材料裝甲的強(qiáng)度不相上下，但重量能減輕10％～15％，而且合成材料是熱絕緣體，有助于減少車輛發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣筒的熱輻射。如果生產(chǎn)成本允許，還可以用高強(qiáng)度玻璃纖維或碳纖維替代較便宜、強(qiáng)度較低的無堿玻璃纖維，重量還會(huì)進(jìn)一步降低。如果采用三維編織技術(shù)，還可以進(jìn)一步降低合成材料的重量，增強(qiáng)韌性和吸收能量的能力。

合成材料(如玻璃纖維增強(qiáng)塑料)已經(jīng)用于一些試驗(yàn)車輛，如英國(guó)的先進(jìn)合成裝甲車輛計(jì)劃(ACAVP)以及美國(guó)的相關(guān)研究計(jì)劃。目前在軍用車輛上成功應(yīng)用的一個(gè)例子是CAMAC公司的CAV-100裝甲車。這種車輛的裝甲采用高強(qiáng)度玻璃纖維和酚醛樹脂制造，通過壓鑄模法粘接在一起。CAV-100裝甲車是對(duì)“虎式”越野車的改進(jìn)，防護(hù)級(jí)別達(dá)到歐洲CEN標(biāo)準(zhǔn)中的B6級(jí)水平。

合成材料還是制作人體護(hù)甲的絕佳材料，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是在抵御軟尖彈打擊的同時(shí)能夠保持韌性、不破裂。說到人體護(hù)甲，在我國(guó)的武俠文化中可謂風(fēng)靡已久，比如《鹿鼎記》中韋小寶穿的“金絲軟甲”就是一件不折不扣的寶物，可以“刀槍不入”。無論小說中的護(hù)甲是否真有其物，但現(xiàn)實(shí)生活中各國(guó)軍隊(duì)對(duì)人體護(hù)甲的追求則是矢志不渝。最早的彈性人體護(hù)甲采用蠶絲纖維制造，因?yàn)樾Q絲的抗拉強(qiáng)度較好，是制造人體護(hù)甲的理想材料。1914年，奧匈帝國(guó)大公費(fèi)迪南德被刺殺時(shí)就穿著這種蠶絲背心，不幸的是，他被射中脖子，防彈背心就無能為力了。在第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)空軍轟炸機(jī)機(jī)組人員裝備了插入聚酯玻璃纖維防護(hù)板的防彈背心，這些具備較好剛性的防護(hù)板能夠防御高射炮彈破片。到了現(xiàn)代，防彈背心通常由凱夫拉或尼龍織物制造，為了防御高速步槍彈的打擊，背心中還嵌入陶瓷防彈板，以防御手槍彈、步槍彈，保護(hù)心臟和重要器官。

陶 瓷

陶瓷在彈道防護(hù)方面可以發(fā)揮重要作用。1960年代，加利福尼亞大學(xué)的威爾金斯教授驗(yàn)證了陶瓷的特性，指出其高硬度和低密度特性將使陶瓷成為制造裝甲系統(tǒng)的理想材料。事實(shí)上，人類從第一次世界大戰(zhàn)開始就認(rèn)識(shí)到陶瓷在裝甲防護(hù)方面的重要性，當(dāng)時(shí)在金屬表面涂了一層較薄的硬質(zhì)搪瓷層以增強(qiáng)金屬的防護(hù)性能。然而由于技術(shù)問題，這項(xiàng)研究直到i962年第一種硬質(zhì)表層合成裝甲問世才得以繼續(xù)進(jìn)行。從那以后，人們開始進(jìn)行大量的研究以驗(yàn)證陶瓷裝甲的最佳性能、結(jié)構(gòu)和用途。

陶瓷由細(xì)小的粉末在一定的溫度和壓力條件下燒結(jié)而成，在燒結(jié)過程中往往加入少量其他元素，最后的產(chǎn)物是一個(gè)多晶材料，結(jié)構(gòu)非常牢固。所有的陶瓷材料都具有較高的強(qiáng)度，如裝甲陶瓷的維氏硬度值為1500～3500HV。用于制造裝甲的陶瓷材料一般密度都較小，比鋼的一半還要小，如碳化硼陶瓷的密度僅為2.5g／cm²(大約是鋼密度的1／3)，同樣的防護(hù)面積，重量就可減輕不少。

與陶瓷防彈背心一樣，陶瓷裝甲板常與合成材料襯里組合使用，以達(dá)到令人滿意的防護(hù)級(jí)別。陶瓷是易碎材料，其斷裂韌度值較低，所以只能與其他裝甲材料組合使用，并且不能承受任何疲勞或結(jié)構(gòu)負(fù)荷(不像鋼、鋁合金、鈦合金和合成材料)。易碎也意味著陶瓷不能抗多重打擊，因此，它通常只是裝甲系統(tǒng)中的一部分，常被包在夾層中使用。當(dāng)然，陶瓷的易碎性也不全是缺點(diǎn)，其受到撞擊時(shí)碎裂意味著彈丸能量在更大的面積上傳遞消耗，因此，彈丸擊穿下一個(gè)防護(hù)層將會(huì)非常困難。事實(shí)表明，較厚的陶瓷裝甲板在對(duì)抗成型裝藥金屬射流時(shí)非常有效。

作為最硬、密度最小的陶瓷材料之一，碳化硼在1960年代就被用于制造防彈背心。但碳化硼的價(jià)格非常昂貴，影響其應(yīng)用的廣泛性，而且，碳化硼在防御高速鎢心穿甲彈時(shí)表現(xiàn)不佳。為了增強(qiáng)陶瓷的抗多重打擊能力，人們?cè)O(shè)計(jì)出了合金陶瓷裝甲，將陶瓷微粒粘合在金屬基質(zhì)中。但這種方法是以損失金屬材料的強(qiáng)度為代價(jià)的，因此，其防御穿甲彈的能力也大打折扣。其他增強(qiáng)陶瓷裝甲性能的方法正在試驗(yàn)之中，包括改良陶瓷裝甲結(jié)構(gòu)，為的是采用單一材料結(jié)構(gòu)以最大限度利用陶瓷(硬度和耐壓強(qiáng)度)和金屬(延展性和韌性)的優(yōu)點(diǎn)。這種材料通常由陶瓷表層和金屬含量較高的燒結(jié)層組成，然而，高昂的生產(chǎn)成本掩蓋了其性能上的些許優(yōu)勢(shì)。

陶瓷材料仍是當(dāng)今各國(guó)致力研究的裝甲材料，隨著技術(shù)的突破、生產(chǎn)成本的降低，相信其將顯示出良好的應(yīng)用前景。

此外，新型材料與裝甲新概念正在不斷探索之中。追求真正意義上的“刀槍不入”，總歸是人類的一個(gè)夢(mèng)想。

編輯：袁 煒