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聊聊新型装甲材料

2026-03-27 12:07:15 小编

  

聊聊新型装甲材料

  陶瓷材料与传统的金属材料相比,具有低密度、高硬度、高强度、高弹性模量等特性,更受到人们的关注。目前可用于防弹装甲的陶瓷很多,包括包括氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化钛等。其中以氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和碳化硼陶瓷应用最广,分别成为低端、中端和高端陶瓷的代表。

  氧化铝陶瓷是最早规模生产的防弹陶瓷,它是氧化物陶瓷中硬度最大的,密度也较小,重量比具有相同防弹能力的装甲钢轻40%。氧化铝陶瓷另一大的特点就是价格低廉,因此被广泛用于各种装甲车辆和防弹服装。不过,随着各种子弹动能的不断提高,氧化铝的防弹性能显得有一点弱。因此,目前更多地被第三世界国家军队所采用,或者用在一些民用安保防护上。坊间有传闻,这两年由于中东和东欧地区的战争,氧化铝防弹陶瓷的销售异常火爆。

  碳化硅是目前性价比较高的防弹陶瓷材料。其硬度和断裂韧性高于氧化铝陶瓷,密度则低于氧化铝陶瓷,重量比具有相同防弹能力的装甲钢轻60%。有报道说,英国挑战者坦克上所使用的著名的乔巴姆装甲,就是由碳化硅陶瓷和其它材料复合而成。由于性能优良、重量轻、价格适中,碳化硅防弹陶瓷装甲被广泛用于军用车辆、舰船以及民用保险柜、运钞车的防护。

  碳化硼是已规模应用的高端防弹陶瓷。其硬度比碳化硅陶瓷更大,密度则更低,防弹效果非常突出。因此早在上世纪60年代,就被用于一些高价值的目标如飞行员座椅的防护。之后,应用场景逐渐扩大到坦克和步战车等陆军装备上。不过,碳化碳价格较高,均价约为氧化铝的十倍、碳化硅的两倍。所以除了财大气粗的西方军队(比如美军),似乎没有哪国敢任性地使用。

  虽然防弹陶瓷的发展速度很快,但人们对于陶瓷的防弹机制至今还没有完全弄明白。从理论上看,不管是哪种材料,防弹的主要原理都是通过一定的机制将子弹的动能耗尽。但不同材料耗能的机制并不相同,因此性能要求也不相同。对于陶瓷材料而言,一般认为,硬度是重要的一个指标,硬度越大,则防弹性能越好。比如上面所列的三种目前主流的防弹陶瓷中,碳化硼的硬度最大(约为氧化铝的1.6倍),所以其抗击穿能力最强。究其原因,是因为陶瓷硬度越大,受弹丸冲击时越容易碎裂并吸收更多的能量,同时使弹丸产生变形或破碎。陶瓷的韧性对防弹性能也有影响。韧性的提高可以延迟陶瓷裂纹的发展,增大对弹丸的摩擦和磨损,从而进一步加剧其能量的耗散。此外,陶瓷的密度、强度、弹性模量等特性与也防弹性能之间存在一定的关系,但从现有的研究看,规律性没有前面二者那么明显,还有待更多、更深入的研究。

  最后需要说明的是,虽然陶瓷作为防弹材料有其突出的优点,但其缺点同样也比较明显,就是陶瓷的抗拉强度较低,如果单独使用,则在受弹丸高速冲击时,会因弯曲载荷过大而导致拉伸破坏。所以,在制备装甲时,一般都需要以金属或芳纶为支撑底板,组成复合装甲。这样,才能使其优越的抗弹性能得以发挥。

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