陶瓷装甲

应用于防弹衣、车辆和飞机等

陶瓷材料具有硬度高、密度小的优点，其对动能弹和弹药破片的防御能力都很强，如今已成为一种广泛应用于防弹衣、车辆和飞机等装备的防护装甲。这类陶瓷复合装甲不仅能抗御常规弹药的攻击，而且还能承受中子弹和反坦克导弹的攻击。

简介

陶瓷材料具有硬度高、质量轻的优点，其对动能弹和弹药破片的防御能力都很强，已成为一种广泛应用于防弹衣、车辆和飞机等装备的防护装甲。陶瓷装甲的最早应用可追溯至一战结束后的1918年，当时内韦尔 ·门罗·霍普金斯少校通过试验发现，钢装甲表面涂上一层厚1.6mm的瓷釉能够大大增强防护性能。

尽管陶瓷材料的发现很早，但多年以后陶瓷材料才开始应用于军事用途。广泛采用陶瓷装甲材料的是前苏联军队，美军也曾在越南战争中大量使用。1965年，UH-1直升机的驾驶员和副驾驶员座椅上安装了硬面复合装甲套件，座椅的底部、侧面和后部均加装了碳化硼陶瓷防护板和玻璃纤维衬层，能够防御7.62mm穿甲弹。

防弹机理

在弹头撞击陶瓷装甲的瞬间，撞击产生的超压冲击波沿着陶瓷装甲和弹头传播，造成两者损坏，尤其是当超压冲击波传播到陶瓷层和衬层的分界面时具有更大的破坏作用。大多数陶瓷装甲与衬层之间采用低硬度、低密度的粘性聚合物粘接而成。当超压冲击波传播到陶瓷与聚合物粘合层的分界面时，超压冲击波产生强烈的拉伸作用，破坏陶瓷层，同时强烈的剪切作用破坏聚合物粘合层。在拉伸和剪切作用下，陶瓷层与衬层分离。与此同时，弹头受压而碎裂。在撞击点四周会形成圆锥形的碎裂区。

正是由于陶瓷具有硬度高的优点，才会阻止弹头穿透装甲。高硬度陶瓷可以对弹头产生较大的反作用力，降低弹头速度。

而对于诸如RPG-7火箭弹配用的成型装药战斗部，陶瓷材料的易碎特性使其具有更好的防护作用。当成型装药战斗部爆炸产生的金属射流穿过陶瓷装甲时，受金属射流侵彻的陶瓷立刻碎裂成很小的碎块，造成金属射流侵彻形成的空腔相对不稳定，因此对金属射流有较大的干扰，从而使其穿甲性能大大降低。

崭露头角

美国于1962年率先研制成氧化铝陶瓷面板。在越南战争期间(1965～1975)，美国空军把9毫米厚的烧结氧化铝陶瓷装甲板用于直升机驾驶员的安全防护，经受住了实战的考验。直到现在，美国军用飞机的驾驶员座椅及其它某些关键性部位，仍然广泛地使用陶瓷复合防护装甲板。

陶瓷装甲具有金属装甲无可比拟的优越性能。各军事强国的主战坦克，大都采用陶瓷复合装甲。像英国的“奇伏坦”式坦克、美国的XM-1式坦克和德国的豹-2式坦克，都采用了含有陶瓷材料的复合装甲。

这类陶瓷复合装甲不仅能抗御常规弹药的攻击，而且还能承受中子弹和反坦克导弹的攻击。德国的“黑豹-87”式坦克，其复合装甲是由陶瓷、橡胶和特种树脂等多种材料复合而成，能在一定程度上承受原子武器的冲击波和热辐射，是世界上最先进的复合装甲。美法两国联合试制的M-113军用装甲运输车，其防护装甲是一种特制的陶瓷，这种装甲车辆的正面能够经受20亳米炮弹的轰击，其两侧能够经受13.7毫米枪弹的射击，其防护能力是其它同类车辆所望尘莫及的。

在单兵防护器材中，用特种轾质陶瓷材料制成的防弹衣和防弹背心，其重量只及钢的60%～70%，而其强度可达钢的3～4倍，能有效地抗御各种轻武器的射击。

防护应用

氧化铝陶瓷

1980年代，应用于装甲系统的陶瓷主要是氧化铝（也称矾土）陶瓷。氧化铝陶瓷性能优良，制造成本相对较低，很薄的陶瓷层就可以防御轻武器弹药。在英国，第一种批量生产的人体护甲采用的就是氧化铝陶瓷防护板。

1995年之后，各国用于提升氧化铝陶瓷性能的投入很大，但其防护性能的提高却始终有限。尽管如此，由于氧化铝陶瓷的质量较轻，其仍广泛应用在一些飞机的防护或人体护甲上。

碳化硼陶瓷

除了氧化铝外，其他陶瓷装甲材料也崭露头角。其中，最引人注目的是1960年代就开始应用的碳化硼陶瓷。碳化硼陶瓷具有超高的硬度，同时也拥有惊人的价格。因此，这种陶瓷只用于某些对防护性能有更高要求的特殊场合，如美军的V22“鱼鹰”旋转翼飞机的机组人员座椅。另外，英军使用的增强型人体护甲（EBA）也采用了碳化硼陶瓷，其可以防御12.7mm钢心穿甲弹。EBA里面还有一层“钝伤”防护层，在陶瓷受到冲击但没有被穿透、衬层发生变形时保护人体免受钝伤，从而保护人体重要器官不受伤害。

英国BAE系统公司先进陶瓷分公司就生产碳化硼陶瓷，并且已经用作美军“拦截者”防弹衣的防护插板。到2002年，共有1.2万套“拦截者”防弹衣投入战场。

碳化硼陶瓷当然也有其不足之处，事实表明，它对弹心由高密度材料制成的高速弹头的防护能力不尽如人意。这是由于高硬度高速弹头冲击碳化硼陶瓷时会使它的物理性质发生变化所致。

虽然碳化硼陶瓷对硬心穿甲弹的防护作用并不理想，但其对普通钢心穿甲弹的防护还是游刃有余的。

碳化硅陶瓷

由英国BAE系统公司和美国赛瑞丹〔（Ceradyne）〕公司推出的热压型碳化硅陶瓷防护效果更胜一筹。碳化硅陶瓷是在高温（达到2000℃）高压条件下烧制，以获得超高的强度，其强度远大于弹头，弹头在撞击后马上碎裂使其动能迅速释放。试验证明，这种陶瓷对轻武器弹药和尾翼稳定脱壳穿甲弹有良好的防护效果，而且价格相对低廉。

采用热压工艺将碳化硅陶瓷与金属压在一起可以制成良好的装甲材料。热压工艺的目的是利用金属和陶瓷受热冷却时产生不同物理变化而使碳化硅陶瓷内部产生较大的应力，从而获得超高的强度。另外，热压碳化硅陶瓷抗多次打击能力也得到提高。

碳化硅陶瓷还可以采用化学反应工艺来生产，这种生产工艺可以精确控制陶瓷尺寸，但由于化学反应生成的一些金属杂质会留在陶瓷中，因此降低了陶瓷的强度。利用化学反应工艺生产出的碳化硅陶瓷可以用于受威胁较小的装甲系统中。

其他陶瓷

除了上述陶瓷外，还有其他一些陶瓷可用于装甲材料，如氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化钨陶瓷、二硼化钛陶瓷等。氮化硅陶瓷和氮化铝陶瓷等在装甲系统中的应用很少。碳化钨陶瓷价格昂贵，但密度大（大约是碳化硅陶瓷的6倍）、强度高，对穿甲弹有良好的防护效果。碳化钨适合用于对装甲材料的体积有要求但对装甲质量无要求的场合。二硼化钛陶瓷的性能也很优良，密度比碳化硅大。与碳化钨一样，二硼化钛具有导电性，可以通过电化学方法加工，而用其他方法很难切割。与碳化钨一样，昂贵的价格限制了二硼化钛陶瓷的应用。

发展方向

应用于诸如“悍马”等车辆的防弹玻璃的发展很受重视。但防弹玻璃要达到一定的防护级别，其厚度就要有一定的保证，而厚度的增大又会导致质量相应增大，尤其是提供大面积防护的透明防弹玻璃更是如此。如要达到STANAG 3级防护标准(防护7.62mm枪弹)，普通防弹玻璃的厚度需100mm。如果将达到STANAG 3级防护标准的普通防弹玻璃安装在日本丰田公司的“陆地巡游舰”越野车上，仅防弹玻璃的质量就达到250kg，再加上安装防弹玻璃所需的钢框等附件，其总质量就会更大。

而透明陶瓷的硬度比普通防弹玻璃高得多，因此，达到相同防护级别的透明陶瓷的质量和厚度均小于普通防弹玻璃。有3种透明陶瓷应用于车辆装甲：单晶氧化铝(蓝宝石)、单晶氮氧化铝(AION)及铝酸镁(尖晶石)。

其中。单晶氮氧化铝陶瓷由粉末在氮气保护环境中成型、烧结而成。单晶氮氧化铝没有晶界，光线透过时不会发生折射，可以替代防弹玻璃，它的维氏硬度达到2500～3000(普通玻璃的维氏硬度仅为400～500)。

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