陶瓷装甲防护材料的研究现状及发展趋势

孙全喜，于宏阁中国兵器工业第五二研究所

陶瓷装甲防护材料的研究现状及发展趋势

孙全喜，于宏阁
中国兵器工业第五二研究所

本文综述了氧化铝（AL2O3）、碳化硅（SiC）陶瓷装甲防护材料的研究现状、发展趋势以及提高上述材料性能的方法。

氧化铝（AL2O3）；碳化硅（SiC）；复合装甲

在现代高科技战争中，作战人员和武器装备的防护日益受到重视，因此对装甲材料也提出了越来越高的要求。对现代装甲材料则要求有高的抗侵袭能力、抗冲击能力和抗崩落能力。除此之外，在装甲的设计中还应该充分考虑材料的质量和成本等因素。简言之，装甲材料应尽可能满足高硬度、高强度、高韧性、低密度和低成本的要求。

1　陶瓷装甲的研究现状

坦克装甲车是陆军武器装备中的主要攻击型战车，因而其也是武器装备研究中的重点项目之一。为了适应现代化作战需求，进一步的提升装甲的耐攻击性、火力动能、坦克机动性等方面的功能是十分有必要的。因而现代以精细化陶瓷工程材料取代了原有的金属材质，并对其的使用进行了更为深入的研究。

由于陶瓷本身是采用纯度极高的天然无机物与人工有机物合成提炼而成，因而该材质具有比金属材料、高分子材料更为优良的性能。因而在坦克装甲车的生产制造上，相关的技术人员将该原料块粘合到铝板上，生产出了符合装甲。此时装甲的防弹性明显升高，甚至可抵御7.62米装甲弹的攻击。

随着科技的不断发现，一种以碳化硼为原料的防弹陶瓷装甲于1965年被美国人研发出来。由这一材质所生产出的防弹陶瓷装甲的硬度更强，经过相关的测试发现，该物质的密度仅低于金刚石。而碳化硼陶瓷装甲的这一特性，恰恰非常适合被用作为飞机制造时的防弹材料。

而后的相关科学人员，进一步的对陶瓷装甲材料进行研发，将陶瓷的面板与某些先进的复合材料进行混合提炼，最终研发出了防弹陶瓷复合装甲材料。随之一些西方国家，将这一材料使用到了军用飞机、坦克等军事装备的生产中。

在当今的国内外军备制造中，该材料的生产主要由氧化铝、碳化硅、碳化硼、钛等原料来完成。而在这些原材料中，相较于其他原料，其中碳化硼的硬度是最高的，密度相对是最低的。因而其成为了，当前较为理想的一种用于生产轻型装甲的陶瓷原料。虽然该原料成本较高，但是由于其自身的特性成为了当前保护系统中的首选材料。将该原料应用于军事装备的生产，可有效的达到减重的目的。因此，其被用到飞机、船舶、防弹背心等精密度要求较高装备的生产中。

但是由于该原料的成本过于昂贵，无法被广泛的应用。因而在军用装备的生产中，氧化铝被应用到了装甲车辆、飞机的机腹生产上。这主要是因为，虽然氧化铝相较于碳化硼的抗弹性要弱一些。但是其自身具有较好的烧结性，表明相对更为光滑、价格相对低廉，也利于生产时的尺寸掌握。因而其在军事装备、民用设备中的使用率还是很好的。

此外，碳化硅的密度小于氧化铝，但是其的硬度、模量较高，相较于碳化硼的价格其则低了很多，因而也被用于装甲车辆的生产、飞机机腹的生产中。而硼化钛的密度、硬度、模量都很高，因而较适合被用于重型装甲装备的生产中，其对大口径炮弹袭击的抵御性较理想。其中氮化硅和氮化铝陶瓷同样具有优良的性能，尤其是以氧化铝为原来的陶瓷装甲，有抵御穿甲弹攻击的防御性能，所以被应用到了直升机、反防弹衣的生产中。

2　陶瓷装甲的发展趋势

在对陶瓷装甲材料进行了深入化研究的同时，反防弹装甲技术也在飞速的发展。目前此类技术的应用，于国外装备的穿甲弹威力达到880—900mmHRA，破甲弹威力则更大。所以研发下一代反弹装甲材料成为了当前各国的主要军事课题之一，而根据相关调研数据预测可得，于2030年时特种陶瓷依然是防护系数最高的一种防弹材料。

表1　国外新型防弹装甲材料发展的预期水平（防护系数）

以下为提高特种陶瓷装甲性能的主要途径：

（1）韧性方面。可采用将金属与陶瓷复合的方法来提升装甲材料的韧性，例如B4C颗粒增强铝的应用。此外还可于工艺制造技术方面加以改进，如快速全面压实工艺的运用，可提升复合装甲的抗弹性及韧性。另外塑料陶瓷的研发是对陶瓷技术的一种完善，在相关工艺技术制作下，其的抗弹性更好，可承受住多弹丸的攻击。此外还可从原来的选择上入手，以提高断裂韧性、应变量。

（2）梯度功能材料的应用。该材料采用特殊的工艺技术，以精细的设计来完成陶瓷与金属复合物组分、结构等方面的连续性变化。此时所形成的复合材料，发生了由陶瓷侧性向金属侧过度的一种物性参数连续变化的过程。

而目前在进行梯度材料的制备时，主要采用的方法有化学气相沉淀法、薄膜叠层法、颗粒梯度排列法等。在实际的制备过程中发现，相较于其他方法薄膜叠层法的制备效果最为理想。目前采用相关制备方法所生产出来的梯度功能材料，分别为SiC-C、TiCTi、Be4B-Be、等。而选用Be4B-Be来进行装甲板制作，可有效的提升装甲的抗弹性能。

3　结语

武器装备的战场生存能力在高速发展的反装甲武器技术的背景下，对装甲防护材料性能的要求越来越高，推动了装甲防护材料的发展力度，加大了其发展空间。目前装甲防护材料正朝着强韧化、轻量化、多功能化和高效化的方向发展，今后还应进一步研究陶瓷装甲防护材料抗弹性能的预测、无损检测方法的改进以及高应变速率下材料行为的模拟等技术。

[1]结构陶瓷材料及其应用.化学工业出版社材料科学与工程出版中心.

[2]复合材料大全.化学工业出版社，2002.

孙全喜（1966-），男，汉族，中国兵器工业第五二研究所，高级工程师，研究方向：机械设计制造及陶瓷复合装甲板加工。