內含鋼絲網的陶瓷基復合板在防彈性能靶試研究

狄錚 丁華東

摘 要：為提高抗彈性能，研制了內含鋼絲網結構碳化硼陶瓷防彈板，并通過靶試以驗證此結構的陶瓷復合裝甲板的設計思路的可行性及防彈性能。

關鍵詞：靶板結構設計；防護機理；穿甲機理

隨著科學的進步，人們通過把陶瓷、復合材料和陶瓷通過疊加的方法研制出了性能優秀的防彈板。在實際應用中，陶瓷通常放在第一層作為面板，纖維層為第二層，金屬板作為背板復合使用，組成陶瓷+纖維層+金屬層的防彈結構，以提高防彈性能。但是抗彈材料的發展方向是研發新材料或新結構。

1 陶瓷復合裝甲板設計及思路

上文已提過傳統的防彈板結構為陶瓷+纖維層+金屬層，三者之間使用強環氧樹脂膠粘結，這種結構是為了發揮三種材料的特點，即使用纖維材料的延展性和韌性、陶瓷材料的硬度高的性能特點來提高鋼材料的抗彈性能。但是這種結構，只是把三者疊加起來，而陶瓷內部結構不設有約束條件，使得在防御性能方面表現出不足。從而大大影響了陶瓷復合板的抗彈能力。

以提高陶瓷防彈板的抗彈能力，為以后實現單塊靶板板抗多彈打擊為目標，對陶瓷設有約束，阻止陶瓷面板遭受第一發彈打擊后進一步破裂，增大陶瓷板的韌性為目的，筆者設計制備了兩種不同結構的碳化硼陶瓷板 。

此種結構的陶瓷板與616裝甲鋼和高強PE材料（簡稱PE）構成的陶瓷基復合防彈板，并通過打靶試驗的方法，以探究其防御穿甲彈的能力，發現問題并探究其原因，檢驗結構設計的思路，為內帶鋼絲網的陶瓷防彈板的設計和制造積累數據。

1.1 靶板設計

防彈板尺寸為300 mm×300 mm×20 mm，靶板結構如圖1所示。其中碳化硼陶瓷面板為10mm厚，616背板為8mm厚的鋼板，碳化硼陶瓷與P/E、PE與616裝甲鋼之間用膠粘連。

1.2 設計思路

1）在陶瓷材料中，硬度最大，密度最小的是碳化硼，對質量要求高的特種車輛、艦船等以質量為重要目標的前提下，首選材料就是碳化硼，盡管碳化硼防彈板的價格昂貴。

2）內含鋼絲網碳化硼陶瓷是在陶瓷內部使用鋼絲網來增強陶瓷板（就像使用鋼筋加固混凝土一樣）。鋼絲網在受到張力下保持原狀，并且在X軸和Y軸方向都提供壓縮力來約束陶瓷板，使得防彈板此時就像一塊金屬板，即融合了陶瓷材料重量和硬度的優勢，同時有鋼鐵材料的韌性。

3）鋼背板選用高硬度軋制鋼，把它作為背板的目的是為陶瓷材料提供有力的約束條件，即起到約束陶瓷板作用的同時，也能夠充分發揮自身的防彈能力。

4）PE有3個作用：

一是防止陶瓷板直接與彈丸直接接觸；

二是降低由于彈靶碰撞造成的陶瓷碎片對鋼板的損傷；

三是增強背板對陶瓷的背面約束作用。

5）靶板面積為200 mm×200mm，在考慮到著靶問題，如果尺寸在小，很可能出現著靶困難問題。

2 靶試

靶試條件：現役12.7mmAPI彈，垂直入射，距離8m。

2.1 內網格結構碳化硼陶瓷復合裝甲板

圖2可以看到，碳化硼與PE，PE與616鋼板之間用膠粘連。彈丸最先與厚為1mm的PE層發生觸碰，PE層產生貫穿型彈孔，但是第二層陶瓷層并沒有發生破碎，只是在表面有碰撞痕跡，用肉眼觀察，并沒有發現裂紋，說明此結構的陶瓷基復合防彈板抗住了彈體的侵徹。

通過圖片可以看到，PE層與陶瓷板已剝離，產生此現象的原因是應力波的作用。即彈體與靶板第一層發生碰撞時就產生了引力波，引力波向陶瓷層傳播。

當波傳播遇到PE與陶瓷板的界面后，波在界面處產生反射和透射，產生的反射應力波對陶瓷結合面和PE層是張力，此作用力破壞了使得各層的“膠粘”失效，并使PE層向反射應力波方向“撕裂”，PE 層形成圖3的形貌。

此次這塊靶板的靶試效果很好，在8m距離，著靶速度達到844（m·s-1），后背板616裝甲鋼厚度為8mm，防護等級達到2級，說明此種結構的碳化硼陶瓷復合的防彈能力優越。通過復合的方法，可行。

如圖4所示，除著彈點周圍很少面積外，陶瓷雖有裂紋擴展但并未崩落，內鋼絲網格也只有著彈點處斷裂，基本達到設想鋼絲網約束陶瓷板，融合了鋼絲網的韌性及陶瓷的硬度。

3 結論

1）由內網格結構碳化硼陶瓷、616裝甲鋼和高強PE材料構成的陶瓷基復合裝甲板能防住8 m垂直入射的12.7 mm現役API彈。

2）內網格結構碳化硼復合陶瓷板融合了鋼絲網的韌性及陶瓷的硬度，能有效阻止整塊陶瓷板因彈丸碰撞造成裂紋擴展而使裝甲板防彈性能下降。防彈潛力很大，為一塊靶板防多彈打擊創造條件。

3）靶試結果表明：內網格陶瓷基復合裝甲板的設計思路是可行的。

參考文獻：

[1] 丁華東，方寧象，劉云峰等.陶瓷基復合裝甲防12.77mm穿甲燃燒彈的靶試研究（Ⅰ）[J].裝甲兵工程學院報，2012，26（1）：78-81.

[2] 蔣志剛，申志強，曾首義等.穿甲子彈侵徹陶瓷/鋼復合靶板試驗研究[J].彈道學報，2007，19（4）：38-42.