基本介紹
- 中文名：陶瓷裝甲
- 使用材料：陶瓷材料
- 分類：防護裝甲
- 套用：防彈衣、車輛和飛機等
- 特點：硬度高、質量輕
- 套用領域：軍事領域
簡介,防彈機理,嶄露頭角,防護套用,氧化鋁陶瓷,碳化硼陶瓷,碳化矽陶瓷,其他陶瓷,發展方向,
簡介
陶瓷材料具有硬度高、質量輕的優點，其對動能彈和彈藥破片的防禦能力都很強，已成為一種廣泛套用於防彈衣、車輛和飛機等裝備的防護裝甲。陶瓷裝甲的最早套用可追溯至一戰結束後的1918年，當時內韋爾 ·門羅·霍普金斯少校通過試驗發現，鋼裝甲表面塗上一層厚1.6mm的瓷釉能夠大大增強防護性能。
添加陶瓷裝甲的複合裝甲
添加陶瓷裝甲的複合裝甲儘管陶瓷材料的發現很早，但多年以後陶瓷材料才開始套用于軍事用途。廣泛採用陶瓷裝甲材料的是前蘇聯軍隊，美軍也曾在越南戰爭中大量使用。1965年，UH-1直升機的駕駛員和副駕駛員座椅上安裝了硬面複合裝甲套件，座椅的底部、側面和後部均加裝了碳化硼陶瓷防護板和玻璃纖維襯層，能夠防禦7.62mm穿甲彈。
防彈機理
在彈頭撞擊陶瓷裝甲的瞬間，撞擊產生的超壓衝擊波沿著陶瓷裝甲和彈頭傳播，造成兩者損壞，尤其是當超壓衝擊波傳播到陶瓷層和襯層的分界面時具有更大的破壞作用。大多數陶瓷裝甲與襯層之間採用低硬度、低密度的粘性聚合物粘接而成。當超壓衝擊波傳播到陶瓷與聚合物粘合層的分界面時，超壓衝擊波產生強烈的拉伸作用，破壞陶瓷層，同時強烈的剪下作用破壞聚合物粘合層。在拉伸和剪下作用下，陶瓷層與襯層分離。與此同時，彈頭受壓而碎裂。在撞擊點四周會形成圓錐形的碎裂區。
彈丸傾徹陶瓷材料示意圖
彈丸傾徹陶瓷材料示意圖正是由於陶瓷具有硬度高的優點，才會阻止彈頭穿透裝甲。高硬度陶瓷可以對彈頭產生較大的反作用力，降低彈頭速度。
而對於諸如RPG-7火箭彈配用的成型裝藥戰鬥部，陶瓷材料的易碎特性使其具有更好的防護作用。當成型裝藥戰鬥部爆炸產生的金屬射流穿過陶瓷裝甲時，受金屬射流侵徹的陶瓷立刻碎裂成很小的碎塊，造成金屬射流侵徹形成的空腔相對不穩定，因此對金屬射流有較大的干擾，從而使其穿甲性能大大降低。
嶄露頭角
美國於1962年率先研製成氧化鋁陶瓷面板。在越南戰爭期間(1965～1975)，美國空軍把9毫米厚的燒結氧化鋁陶瓷裝甲板用於直升機駕駛員的安全防護，經受住了實戰的考驗。直到現在，美國軍用飛機的駕駛員座椅及其它某些關鍵性部位，仍然廣泛地使用陶瓷複合防護裝甲板。
這類陶瓷複合裝甲不僅能抗禦常規彈藥的攻擊，而且還能承受中子彈和反坦克飛彈的攻擊。德國的“黑豹-87”式坦克，其複合裝甲是由陶瓷、橡膠和特種樹脂等多種材料複合而成，能在一定程度上承受原子武器的衝擊波和熱輻射，是世界上最先進的複合裝甲。美法兩國聯合試製的M-113軍用裝甲運輸車，其防護裝甲是一種特製的陶瓷，這種裝甲車輛的正面能夠經受20亳米炮彈的轟擊，其兩側能夠經受13.7毫米槍彈的射擊，其防護能力是其它同類車輛所望塵莫及的。
在單兵防護器材中，用特種輊質陶瓷材料製成的防彈衣和防彈背心，其重量只及鋼的60%～70%，而其強度可達鋼的3～4倍，能有效地抗禦各種輕武器的射擊。
防護套用
氧化鋁陶瓷
1980年代，套用於裝甲系統的陶瓷主要是氧化鋁（也稱礬土）陶瓷。氧化鋁陶瓷性能優良，製造成本相對較低，很薄的陶瓷層就可以防禦輕武器彈藥。在英國，第一種批量生產的人體護甲採用的就是氧化鋁陶瓷防護板。
陶瓷裝甲
陶瓷裝甲1995年之後，各國用於提升氧化鋁陶瓷性能的投入很大，但其防護性能的提高卻始終有限。儘管如此，由於氧化鋁陶瓷的質量較輕，其仍廣泛套用在一些飛機的防護或人體護甲上。
碳化硼陶瓷
除了氧化鋁外，其他陶瓷裝甲材料也嶄露頭角。其中，最引人注目的是1960年代就開始套用的碳化硼陶瓷。碳化硼陶瓷具有超高的硬度，同時也擁有驚人的價格。因此，這種陶瓷只用於某些對防護性能有更高要求的特殊場合，如美軍的V22“魚鷹”旋轉翼飛機的機組人員座椅。另外，英軍使用的增強型人體護甲（EBA）也採用了碳化硼陶瓷，其可以防禦12.7mm鋼心穿甲彈。EBA裡面還有一層“鈍傷”防護層，在陶瓷受到衝擊但沒有被穿透、襯層發生變形時保護人體免受鈍傷，從而保護人體重要器官不受傷害。
碳化硼陶瓷當然也有其不足之處，事實表明，它對彈心由高密度材料製成的高速彈頭的防護能力不盡如人意。這是由於高硬度高速彈頭衝擊碳化硼陶瓷時會使它的物理性質發生變化所致。
雖然碳化硼陶瓷對硬心穿甲彈的防護作用並不理想，但其對普通鋼心穿甲彈的防護還是遊刃有餘的。
碳化矽陶瓷
由英國BAE系統公司和美國賽瑞丹〔（Ceradyne）〕公司推出的熱壓型碳化矽陶瓷防護效果更勝一籌。碳化矽陶瓷是在高溫（達到2000℃）高壓條件下燒制，以獲得超高的強度，其強度遠大於彈頭，彈頭在撞擊後馬上碎裂使其動能迅速釋放。試驗證明，這種陶瓷對輕武器彈藥和尾翼穩定脫殼穿甲彈有良好的防護效果，而且價格相對低廉。
採用熱壓工藝將碳化矽陶瓷與金屬壓在一起可以製成良好的裝甲材料。熱壓工藝的目的是利用金屬和陶瓷受熱冷卻時產生不同物理變化而使碳化矽陶瓷內部產生較大的應力，從而獲得超高的強度。另外，熱壓碳化矽陶瓷抗多次打擊能力也得到提高。
碳化矽陶瓷還可以採用化學反應工藝來生產，這種生產工藝可以精確控制陶瓷尺寸，但由於化學反應生成的一些金屬雜質會留在陶瓷中，因此降低了陶瓷的強度。利用化學反應工藝生產出的碳化矽陶瓷可以用於受威脅較小的裝甲系統中。
其他陶瓷
除了上述陶瓷外，還有其他一些陶瓷可用於裝甲材料，如氮化鋁陶瓷、氮化矽陶瓷、碳化鎢陶瓷、二硼化鈦陶瓷等。氮化矽陶瓷和氮化鋁陶瓷等在裝甲系統中的套用很少。碳化鎢陶瓷價格昂貴，但密度大（大約是碳化矽陶瓷的6倍）、強度高，對穿甲彈有良好的防護效果。碳化鎢適合用於對裝甲材料的體積有要求但對裝甲質量無要求的場合。二硼化鈦陶瓷的性能也很優良，密度比碳化矽大。與碳化鎢一樣，二硼化鈦具有導電性，可以通過電化學方法加工，而用其他方法很難切割。與碳化鎢一樣，昂貴的價格限制了二硼化鈦陶瓷的套用。
加裝陶瓷裝甲的“悍馬”