基本特點及早期應(yīng)用

陶瓷已經(jīng)有數(shù)千年的歷史，其是一種經(jīng)高溫?zé)频牟牧?，但?yīng)用在裝甲車輛上的現(xiàn)代陶瓷并不等同于我們?nèi)粘Ｊ褂玫奶掌骰虼纱u，主要是強(qiáng)度有很大差別?，F(xiàn)代陶瓷的強(qiáng)度非常高，優(yōu)于目前強(qiáng)度最高的鋼(見圖表)，但其也有弱點，在受拉時很容易斷裂，只能承受極小的拉伸變形。如果陶瓷局部受拉力作用，內(nèi)部將會出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而引起整塊陶瓷碎裂。因此，將陶瓷用于車輛裝甲板時必須慎重考慮。

大多數(shù)裝甲系統(tǒng)采用復(fù)合材料，即由“分解層”和“吸收層”組成，可以分解和吸收來襲彈頭的能量。陶瓷通常充當(dāng)裝甲中的“分解層”，即作為附加裝甲使用，使來襲彈頭碎裂或迅速分解彈頭的能量。彈頭碎裂或改變彈頭碎片方向后就不會對整個裝甲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生致命損傷。復(fù)合裝甲中的其他材料充當(dāng)“吸收層”，這些材料可以產(chǎn)生較大的塑性變形以吸收彈頭動能，將動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能。例如，要想防御7.62×39cm步槍彈，大約6mm厚的陶瓷層再加上諸如凱夫拉之類的襯層就足以使7.62mm步槍彈彈頭碎裂。彈頭碎裂的同時向四周飛散，這樣就降低了彈頭的動能密度，因此，彈頭就不會穿透陶瓷和凱夫拉。

陶瓷裝甲的最早應(yīng)用可追溯至一戰(zhàn)結(jié)束后的1918年，當(dāng)時內(nèi)韋爾·門羅·霍普金斯少校通過試驗發(fā)現(xiàn)，鋼裝甲表面涂上一層厚1.6mm的瓷釉能夠大大增強(qiáng)防護(hù)性能。

盡管陶瓷材料的發(fā)現(xiàn)很早，但多年以后陶瓷材料才開始應(yīng)用于軍事用途。廣泛采用陶瓷裝甲材料的是前蘇聯(lián)軍隊，美軍也曾在越南戰(zhàn)爭中大量使用。1965年，UH—1直升機(jī)的駕駛員和副駕駛員座椅上安裝了硬面復(fù)合裝甲套件，座椅的底部、側(cè)面和后部均加裝了碳化硼陶瓷防護(hù)板和玻璃纖維襯層，能夠防御7.62mm穿甲彈。

陶瓷的防彈機(jī)理

在彈頭撞擊陶瓷裝甲的瞬間，撞擊產(chǎn)生的超壓沖擊波沿著陶瓷裝甲和彈頭傳播，造成兩者損壞，尤其是當(dāng)超壓沖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。現(xiàn)在，大多數(shù)陶瓷裝甲與襯層之間用低硬度、低密度的粘性聚合物粘接而成。當(dāng)超壓沖擊波傳播到陶瓷與聚合物粘合層的分界面時，超壓沖擊波產(chǎn)生強(qiáng)烈的拉伸作用，破壞陶瓷層，同時強(qiáng)烈的剪切作用破壞聚合物粘合層。在拉伸和剪切作用下，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(qū)。

正是由于陶瓷具有硬度高的優(yōu)點，才會阻止彈頭穿透裝甲。高硬度陶瓷可以對彈頭產(chǎn)生較大的反作用力，降低彈頭速度。

而對于諸如RPG-7火箭彈配用的成型裝藥戰(zhàn)斗部，陶瓷材料的易碎特性使其具有更好的防護(hù)作用。當(dāng)成型裝藥戰(zhàn)斗部爆炸產(chǎn)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(wěn)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。

陶瓷作為防護(hù)裝甲的應(yīng)用

氧化鋁陶瓷

1980年代，應(yīng)用于裝甲系統(tǒng)的陶瓷主要是氧化鋁(也稱礬土)陶瓷。氧化鋁陶瓷性能優(yōu)良，制造成本相對較低，很薄的陶瓷層就可以防御輕武器彈藥。在英國，第一種批量生產(chǎn)的人體護(hù)甲采用的就是氧化鋁陶瓷防護(hù)板。

1995年之后，各國用于提升氧化鋁陶瓷性能的投入很大，但其防護(hù)性能的提高卻始終有限。盡管如此，由于氧化鋁陶瓷的質(zhì)量較輕，其仍廣泛應(yīng)用在一些飛機(jī)的防護(hù)或人體護(hù)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年代就開始應(yīng)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，這種陶瓷只用于某些對防護(hù)性能有更高要求的特殊場合，如美軍的V22“魚鷹”旋轉(zhuǎn)翼飛機(jī)的機(jī)組人員座椅。另外，英軍使用的增強(qiáng)型人體護(hù)甲(EBA)也采用了碳化硼陶瓷，其可以防御12.7mm鋼心穿甲彈。EBA里面還有一層“鈍傷”防護(hù)層，在陶瓷受到?jīng)_擊但沒有被穿透、襯層發(fā)生變形時保護(hù)人體免受鈍傷，從而保護(hù)人體重要器官不受傷害。

英國BAE系統(tǒng)公司先進(jìn)陶瓷分公司就生產(chǎn)碳化硼陶瓷，并且已經(jīng)用作美軍“攔截者”防彈衣的防護(hù)插板。到2002年，共有1.2萬套“攔截者”防彈衣投入戰(zhàn)場。

碳化硼陶瓷當(dāng)然也有其不足之處，近幾年的事實表明，它對彈心由高密度材料制成的高速彈頭的防護(hù)能力不盡如人意。這是由于高硬度高速彈頭沖擊碳化硼陶瓷時會使它的物理性質(zhì)發(fā)生變化所致。

雖然碳化硼陶瓷對硬心穿甲彈的防護(hù)作用并不理想，但其對普通鋼心穿甲彈的防護(hù)還是游刃有余的。

碳化硅陶瓷

最近幾年，由英國BAE系統(tǒng)公司和美國賽瑞丹(Ceradyne)公司推出的熱壓型碳化硅陶瓷防護(hù)效果更勝一籌。碳化硅陶瓷是在高溫(達(dá)到2000℃)高壓條件下燒制，以獲得超高的強(qiáng)度，其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于彈頭，彈頭在撞擊后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(wěn)定脫殼穿甲彈有良好的防護(hù)效果，而且價格相對低廉。

采用熱壓工藝將碳化硅陶瓷與金屬壓在一起可以制成良好的裝甲材料。熱壓工藝的目的是利用金屬和陶瓷受熱冷卻時產(chǎn)生不同物理變化而使碳化硅陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而獲得超高的強(qiáng)度。另外，熱壓碳化硅陶瓷抗多次打擊能力也得到提高。

碳化硅陶瓷還可以采用化學(xué)反應(yīng)工藝來生產(chǎn)，這種生產(chǎn)工藝可以精確控制陶瓷尺寸，但由于化學(xué)反應(yīng)生成的一些金屬雜質(zhì)會留在陶瓷中，因此降低了陶瓷的強(qiáng)度。利用化學(xué)反應(yīng)工藝生產(chǎn)出的碳化硅陶瓷可以用于受威脅較小的裝甲系統(tǒng)中。

其他陶瓷

除了上述陶瓷外，還有其他一些陶瓷可用于裝甲材料，如氮化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化鎢陶瓷、二硼化鈦陶瓷等。氮化硅陶瓷和氮化鋁陶瓷等在裝甲系統(tǒng)中的應(yīng)用很少。碳化鎢陶瓷價格昂貴，但密度大(大約是碳化硅陶瓷的6倍)、強(qiáng)度高，對穿甲彈有良好的防護(hù)效果。碳化鎢適合用于對裝甲材料的體積有要求但對裝甲質(zhì)量無要求的場合。二硼化鈦陶瓷的性能也很優(yōu)良，密度比碳化硅大。與碳化鎢一樣，二硼化鈦具有導(dǎo)電性，可以通過電化學(xué)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應(yīng)用。(待續(xù))

編輯／劉蘭芳

下期預(yù)告

本文下篇將介紹用于取代防彈玻璃的材料——透明陶瓷，并對提高裝甲性能的新方式及陶瓷裝甲的未來發(fā)展作了描述，敬請期待。