陶瓷裝甲防護材料的研究現狀及發展趨勢

孫全喜，于宏閣中國兵器工業第五二研究所

陶瓷裝甲防護材料的研究現狀及發展趨勢

孫全喜，于宏閣
中國兵器工業第五二研究所

本文綜述了氧化鋁（AL2O3）、碳化硅（SiC）陶瓷裝甲防護材料的研究現狀、發展趨勢以及提高上述材料性能的方法。

氧化鋁（AL2O3）；碳化硅（SiC）；復合裝甲

在現代高科技戰爭中，作戰人員和武器裝備的防護日益受到重視，因此對裝甲材料也提出了越來越高的要求。對現代裝甲材料則要求有高的抗侵襲能力、抗沖擊能力和抗崩落能力。除此之外，在裝甲的設計中還應該充分考慮材料的質量和成本等因素。簡言之，裝甲材料應盡可能滿足高硬度、高強度、高韌性、低密度和低成本的要求。

1　陶瓷裝甲的研究現狀

坦克裝甲車是陸軍武器裝備中的主要攻擊型戰車，因而其也是武器裝備研究中的重點項目之一。為了適應現代化作戰需求，進一步的提升裝甲的耐攻擊性、火力動能、坦克機動性等方面的功能是十分有必要的。因而現代以精細化陶瓷工程材料取代了原有的金屬材質，并對其的使用進行了更為深入的研究。

由于陶瓷本身是采用純度極高的天然無機物與人工有機物合成提煉而成，因而該材質具有比金屬材料、高分子材料更為優良的性能。因而在坦克裝甲車的生產制造上，相關的技術人員將該原料塊粘合到鋁板上，生產出了符合裝甲。此時裝甲的防彈性明顯升高，甚至可抵御7.62米裝甲彈的攻擊。

隨著科技的不斷發現，一種以碳化硼為原料的防彈陶瓷裝甲于1965年被美國人研發出來。由這一材質所生產出的防彈陶瓷裝甲的硬度更強，經過相關的測試發現，該物質的密度僅低于金剛石。而碳化硼陶瓷裝甲的這一特性，恰恰非常適合被用作為飛機制造時的防彈材料。

而后的相關科學人員，進一步的對陶瓷裝甲材料進行研發，將陶瓷的面板與某些先進的復合材料進行混合提煉，最終研發出了防彈陶瓷復合裝甲材料。隨之一些西方國家，將這一材料使用到了軍用飛機、坦克等軍事裝備的生產中。

在當今的國內外軍備制造中，該材料的生產主要由氧化鋁、碳化硅、碳化硼、鈦等原料來完成。而在這些原材料中，相較于其他原料，其中碳化硼的硬度是最高的，密度相對是最低的。因而其成為了，當前較為理想的一種用于生產輕型裝甲的陶瓷原料。雖然該原料成本較高，但是由于其自身的特性成為了當前保護系統中的首選材料。將該原料應用于軍事裝備的生產，可有效的達到減重的目的。因此，其被用到飛機、船舶、防彈背心等精密度要求較高裝備的生產中。

但是由于該原料的成本過于昂貴，無法被廣泛的應用。因而在軍用裝備的生產中，氧化鋁被應用到了裝甲車輛、飛機的機腹生產上。這主要是因為，雖然氧化鋁相較于碳化硼的抗彈性要弱一些。但是其自身具有較好的燒結性，表明相對更為光滑、價格相對低廉，也利于生產時的尺寸掌握。因而其在軍事裝備、民用設備中的使用率還是很好的。

此外，碳化硅的密度小于氧化鋁，但是其的硬度、模量較高，相較于碳化硼的價格其則低了很多，因而也被用于裝甲車輛的生產、飛機機腹的生產中。而硼化鈦的密度、硬度、模量都很高，因而較適合被用于重型裝甲裝備的生產中，其對大口徑炮彈襲擊的抵御性較理想。其中氮化硅和氮化鋁陶瓷同樣具有優良的性能，尤其是以氧化鋁為原來的陶瓷裝甲，有抵御穿甲彈攻擊的防御性能，所以被應用到了直升機、反防彈衣的生產中。

2　陶瓷裝甲的發展趨勢

在對陶瓷裝甲材料進行了深入化研究的同時，反防彈裝甲技術也在飛速的發展。目前此類技術的應用，于國外裝備的穿甲彈威力達到880—900mmHRA，破甲彈威力則更大。所以研發下一代反彈裝甲材料成為了當前各國的主要軍事課題之一，而根據相關調研數據預測可得，于2030年時特種陶瓷依然是防護系數最高的一種防彈材料。

表1　國外新型防彈裝甲材料發展的預期水平（防護系數）

以下為提高特種陶瓷裝甲性能的主要途徑：

（1）韌性方面。可采用將金屬與陶瓷復合的方法來提升裝甲材料的韌性，例如B4C顆粒增強鋁的應用。此外還可于工藝制造技術方面加以改進，如快速全面壓實工藝的運用，可提升復合裝甲的抗彈性及韌性。另外塑料陶瓷的研發是對陶瓷技術的一種完善，在相關工藝技術制作下，其的抗彈性更好，可承受住多彈丸的攻擊。此外還可從原來的選擇上入手，以提高斷裂韌性、應變量。

（2）梯度功能材料的應用。該材料采用特殊的工藝技術，以精細的設計來完成陶瓷與金屬復合物組分、結構等方面的連續性變化。此時所形成的復合材料，發生了由陶瓷側性向金屬側過度的一種物性參數連續變化的過程。

而目前在進行梯度材料的制備時，主要采用的方法有化學氣相沉淀法、薄膜疊層法、顆粒梯度排列法等。在實際的制備過程中發現，相較于其他方法薄膜疊層法的制備效果最為理想。目前采用相關制備方法所生產出來的梯度功能材料，分別為SiC-C、TiCTi、Be4B-Be、等。而選用Be4B-Be來進行裝甲板制作，可有效的提升裝甲的抗彈性能。

3　結語

武器裝備的戰場生存能力在高速發展的反裝甲武器技術的背景下，對裝甲防護材料性能的要求越來越高，推動了裝甲防護材料的發展力度，加大了其發展空間。目前裝甲防護材料正朝著強韌化、輕量化、多功能化和高效化的方向發展，今后還應進一步研究陶瓷裝甲防護材料抗彈性能的預測、無損檢測方法的改進以及高應變速率下材料行為的模擬等技術。

[1]結構陶瓷材料及其應用.化學工業出版社材料科學與工程出版中心.

[2]復合材料大全.化學工業出版社，2002.

孫全喜（1966-），男，漢族，中國兵器工業第五二研究所，高級工程師，研究方向：機械設計制造及陶瓷復合裝甲板加工。