陶瓷是由於其破裂而吸收射彈的動能。陶瓷裝甲系統是由單片陶瓷或陶瓷—金屬複合物並覆蓋有高抗張強度有機纖維結合的尼龍布層所組成（玻璃纖維亦可）。
基本介紹
- 中文名：防彈陶瓷
- 套用範圍：軍事等安全領域
- 性能要求：密度和氣孔率、聲速、機械強度等
- 套用結構：顯微結構
作用,性能要求,組成性能結構,
作用
現代戰爭的勝負，仍然是解決矛和盾的問題。槍、炮、飛彈是矛，防彈裝甲是盾，在反暴力、反恐怖的鬥爭中和現代大規模戰爭中，防彈裝甲都可以減小傷亡、提高戰鬥力，增加勝利因素，因而研究、開發它是十分必要的。
裝甲材料總的發展趨勢是強韌化、輕量化、多功能和高效率。陶瓷材料是防彈材料中重要的一支，它具有高的硬度和耐磨性，高的壓縮強度和高應力時的優良彈道性能，公式中的M值為彈道質量因素，表征陶瓷材料的抗彈性能。
E，彈性模量
H，硬度
ρ，密度
性能要求
陶瓷和金屬的防彈機理有很大的不同，金屬是由於塑性變形而吸收射彈的動能，而陶瓷是由於其破裂而吸收射彈的動能。通常，陶瓷裝甲系統是由單片陶瓷或陶瓷—金屬複合物並覆蓋有高抗張強度有機纖維結合的尼龍布層所組成（玻璃纖維亦可）。
在子彈的衝擊下（速度>700～800m/s），陶瓷正面是被破碎而剩餘的能量則被反面軟增強（例如尼龍布層）材料所吸收。反面材料必須能支持住子彈衝擊後陶瓷材料的碎片和子彈本身。
防彈陶瓷要求的性能較多，例如：密度和氣孔率、硬度、斷裂韌性、楊氏模量、聲速、機械強度等，任何一個性能都不能與整體防彈性能有直接和決定性的關係，因而斷裂機理十分複雜，裂紋形成是由許多因素引起的，而且發生的時間十分短暫。防彈陶瓷的氣孔率應儘量低，以提高硬度和楊氏模量，對Al2O3瓷來說，其氣孔率應接近於零，而吸水率不超過0.02%。陶瓷的硬度要求很高，應高于飛行彈頭的硬度，對Al2O3陶瓷來說，硬度Hv應超過1220～1250。聲音在陶瓷中傳播的速度，表示陶瓷衝擊面上消耗能量的能力，希望有高的聲速，高的聲速也間接表示陶瓷有良好的緻密化和低的封閉氣孔。根據實際經驗，Al2O3瓷的聲速應大於10000m/s，最好是10500～11500m/s。陶瓷有兩種防彈的類型，即單片陶瓷結構和陶瓷複合物結構，單片結構陶瓷包括氧化物陶瓷（主要是Al2O3瓷）和非氧化物陶瓷（例如：SiC、Si3N4、AlN和TiB2等），以及二元系統（例如：B4C－TiB2基陶瓷）。一般來說，非氧化物陶瓷具有更高的物理性能和相對低的密度（除TiB2基陶瓷外），作為防彈比Al2O3瓷更有利。然而，這些材料製造方法多用價格較貴的熱壓，不易產業化。但熱壓可提高防彈陶瓷的機械性能，這一點也是明顯的。陶瓷基複合物具有高的防彈性能，這是因為有高的機械性能，特別是斷裂韌性。在射彈衝擊之後，與單片陶瓷相比，陶瓷基複合物具有較好的完整性。幾種複合物陶瓷如下：Al2O3/SiC（w），Al2O3/SiC（f），Al2O3/C（f），TiB2/B4C（p），TiB2/SiC（p）以及金屬陶瓷（如牌號為LanxideTM），其組成為滲Ni/（Al）之碳化物，例如：Ni/TiC和Al/B4C（p），這些材料多數屬於熱壓，因而價格較貴。雖然防彈陶瓷LanxideTM不是熱壓工藝，但其需要特別的工藝和設備，因而價格也比較貴。
德國碳化硼防彈陶瓷板的製造
德國碳化硼防彈陶瓷板的製造組成性能結構
組成
高Al2O3和Al2O3－ZrO2陶瓷已成功的套用在個人和戰車的裝甲材料。高Al2O3瓷作為防彈、保護的結構材料是一種新穎的套用。美國陶瓷裝甲最初是在20世紀60年代作為防子彈背心和直升機的底座而發展起來的。其主要要求是阻止子彈、炮彈的穿透和陶瓷本身重量輕（相對於金屬而言）。
性能
目前，世界各國仍在繼續發展，Al2O3防彈陶瓷，其主要套用於作戰時個人和戰車、飛機和直升機的關鍵部分以及地雷爆炸等的防護。
顯微結構
裝甲Al2O3陶瓷基於Al2O3－SiO2－CaO－MgO和Al2O3－MgO系統，含量為96，97，98，98。ZrO2陶瓷中，Al2O3與ZrO2是具有特殊的比例（Y2O3作為穩定劑）。作為主要原料的Al2O3是用已產業化的超細粉體，這些Al2O3具有高純度（Al2O3≥99取決於Al2O3的級別，α－Al2O3的含量應為95Wt%或更高。
Al2O3粉體的D50和平均晶粒是0.35～01～1．4μm。BET分別是8～11m2/g和2~3㎡/g。而Y2O3的D50和平均晶粒尺寸為8～9m2/g。Al2O3和ZrO2粉體選擇合適的比例和粒度分布，最佳的製造能力，最好的液相燒結和緻密化。
顯微結構對於防彈陶瓷的套用的意義
對於所研究的Al2O3陶瓷（96，97，98，98．5，Wt%）的相組成和顯微結構是相似的，主晶相是剛玉，隨著Al2O3含量的提高，剛玉含量也相應增加。這些陶瓷中存有少量鈣長石，作為雜質在剛玉晶界上也存有微量尖晶石。最終的陶瓷晶粒度取決於原始Al2O3粉體的粒度和分布，由於Al2O3粉體有較小的尺寸，因此，燒結後的陶瓷具有精細的顯微結構，2～4μm和1~3μm，ZrO2－Al2O3陶瓷基於有最佳的比例和部分穩定技術，以使陶瓷有高的性能。該陶瓷不含有玻璃相，<1μm的ZrO2晶粒均勻分布於1～2μm的剛玉晶體之間，很可能在燒結時ZrO2相阻止了剛玉晶體的長大，形成一種良好的顯微結構。
