陶瓷复合装甲材料研究和发展

康永柴秀娟K ANG YongCHAI X iu-juan

1、陕西金泰氯碱化工有限公司技术中心 榆林 718100 2、陕西金泰氯碱化工有限公司 榆林 718100

陶瓷复合装甲材料研究和发展

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1、陕西金泰氯碱化工有限公司技术中心 榆林 718100 2、陕西金泰氯碱化工有限公司 榆林 718100

陶瓷复合装甲由于在防护领域的应用背景而引起人们的广泛关注。本文综述了陶瓷复合装甲的研究和发展方向。

陶瓷；装甲；材料；

新材料技术在军事上的用途也是十分广泛的，用于武器装备可使其升级换代，性能大大提高，目前在军事领域里新材料技术正向高功能化、复合轻量和智能化的方向发展。陶瓷材料作为一种先进的高技术材料，它具有种高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨性和重量轻的特点，它不仅应用在坦克的防护上，而且也应用在飞机、舰船、车辆、关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上，它的应用范围越来越广泛。实践表明，世界上许多先进坦克的防护装甲采用高性能陶瓷后，防护能力明显提高，陶瓷已经成为复合装甲不可缺少的材料之一［1］。但是，陶瓷材料的易脆性是阻碍它应用的主要原因。目前，改进陶瓷脆性的研究已取得了较大进展。主要的途径是通过复合，提高陶瓷的强度、韧性、抗弹性能降低价格，扩大应用领域，提高材料的使用可靠性。装甲防护的发展史也可以看成是“甲”与“弹”的斗争史，这种“矛”与“盾”的发展是相互并行的。人们在十分重视研制新的优质抗弹陶瓷的同时，也需要对陶瓷复合装甲的侵彻机理和抗弹机理进行研究;目前对于均质装甲的侵彻和损伤机理的研究在国内外已经发展成熟，而对于由陶瓷组成的复合装甲的侵彻和损伤机理研究相对较少，而国内在这个领域的研究也属空白，这是由于这种装甲的结构和材料的复杂性所致。

1、陶瓷装甲材料研究方向

陶瓷复合装甲作为现代装甲防护中的一种，是为适应现代战争的需要而发展起来的，陶瓷的性能直接影响着复合装甲抗弹性的好坏。陶瓷材料具有硬度高和高抗压强度等特性，因而陶瓷装甲具有较好的抗弹性能，尤其是对付动能穿甲弹和破甲弹的效果更好[2]。但它的缺点是脆性大，不易加工。

1.1 碳化硅基陶瓷复合装甲材料

碳化硅陶瓷是一种高性能装甲材料。其高的动态压缩屈服强度，使弹芯在侵彻装甲板的过程中，产生大的塑性形变，消除弹芯材料，降低弹的动能，削弱弹的侵彻能力。但是，目前这类陶瓷复合装甲仍不能装备轻型装甲战车的两个主要原因是:（1）价格太昂，高性能碳化硅的价格在110-220美元/千克之间。（2）脆性使其陶瓷装甲系统抗多发弹攻击能力差。该陶瓷装甲遇弹丸撞击时发生碎裂，常常使相邻陶瓷也发生破坏，降低整体陶瓷装甲系统的抗弹能力。为此美国FMC公司采用氮化铝和碳化硅复合，成功地解决了上述问题。复合体系充分利用了氮化铝的低价格，因为氮化铝的价格仅为碳化硅的三分之一。而且，加入氮化铝后，其复合体系的烧结温度降低，这种双重作用，使之成本价格相应于碳化硅大大下降。另外，通过选用合适的粉末，严格控制烧结温度和时间，可有效地改善复合体系的微观结构，提高韧性及抗弹性能。

1.2 氧化铝基陶瓷复合装甲材料

氧化铝陶瓷由于其低价位，普遍应用于装甲系统，但其强度性能差，有待进一步提高。目前，主要是用碳化硅和氧化错进行增强增韧。有研究结果表明:碳化硅晶须增强氧化铝复合材料的拉伸强度为7千兆帕，杨氏模量为700千兆帕。而基体的剪切强度和杨氏模量分别为164千兆和426千兆帕。显然，增强后杨氏模量提高了60%。其抗热性能也得到了大大提高。当温差变化大于627℃时，其抗弯强度没有大的变化。而基体当温度变化大于127℃时，强度大大下降。当温度高达1000℃时，复合材料的韧性下降较小。这是因为氧化铝与碳化硅晶须复合后，韧性得到提高的结果。氧化错增强氧化铝主要是通过氧化错颗粒的相转换来达到提高复合材料韧性的目的。其增强效果略大于碳化硅晶须增强。与碳化硅(晶须)/氧化铝复合材料相比，氧化错(颗粒)/氧化铝表现出更优良的抗热冲击性。

1.3 氮化钛和氮化铝复合的装甲材料

据1995年资料报道，美国麻省GTE产品公司，正在对以氮化钦为主要原料的复合陶瓷进行研究，即氮化钛/氮化铝，氮化钛/氮化硅，氮化钛/氧化错复合体系。复合工艺为低温热压或烧结。产品容易成型，适合于制备各种复杂形状的陶瓷件。研制的复合陶瓷杨氏模量大于400千兆帕。压缩强度小于5.5千兆帕。此复合材料比较适用于厚装甲体系，以抵抗大口径钨及贫铀弹的攻击。

2、陶瓷复合装甲防护的发展方向

复合装甲包括两层含义，一是装甲用复合材料制成，二是装甲采用了复合结构。复合材料种类有很多，有陶瓷类材料，有纤维类材料，还有其它非金属类材料。复合结构为在钢装甲间夹着按一定比例和厚度配置的陶瓷、铝合金和纤维等抗弹材料的多层结构，各层材料、厚度、连接方式、细微结构和形状等的不同组合可获得不同的防护效果。复合装甲的特点是由其制作材料及结构形式确定的，而复合材料及复合方式是根据使用要求选定的。例如，T-72坦克的车体首上装甲是用中间填有玻璃纤维的复合装甲制成的，该装甲对付破甲弹的效果比较显著，对付穿甲弹的效果就不如陶瓷装甲好。美国MIAI坦克使用的贫铀复合装甲，其中间夹层是用提炼核燃料后的核废料制成的，该装甲具有极高的抗穿甲弹性能。陶瓷复合装甲的应用使主战坦克的防护性能发生质的变化，其防护能力与装甲钢相比成倍提高，例如60年代的主战坦克的防护能力相当于200mm均质装甲钢。80年代采用了陶瓷复合装甲，其正面防护分别达到了400mm(针对穿甲弹)和600mm(针对破甲弹)以上。90年代陶瓷复合装甲的抗弹能力仍在提高。复合装甲的出现使得主战坦克能够进入21世纪，复合装甲已经成为现代主战坦克的主要标志。陶瓷复合装甲的广泛应用是与它的特点分不开的。相对于均质装甲，陶瓷复合装甲主要具备如下特点:质量轻、厚度小、性能可设计、结构可变、可采用模块化和箱式设计，因此，它的应用范围更广泛，发展前景更被看好。目前陶瓷复合装甲正朝着应用更广泛、制造和安装更为方便、结构更轻质的方向发展。

3、总结

不同的装甲材料对反装甲武器的攻击有着不同的反应。某种单一均质材料构成的装甲通常只对防护某种反装甲武器有效，很难对各种反装甲武器都有效。所以，为了能够同时防护不同种类和性能的反装甲武器，利用不同性能的材料复合，成为由多种材料构成的复合装甲，进而达到最佳的综合抗弹效果。未来随着科技和形势需要陶瓷复合装甲材料必然朝着比强度高，防护系数高于均质装甲钢，同时具有抗腐蚀、抗高温和抗氧化作用的方向发展，但其同时存在易脆，断裂强度低，难加工和价格昂贵等缺点也为其科研和应用带来了不便之处。

THE RESEARCH&DEVELOPMENT OF CERAMIC COMPOSITE AMOUR MATERIALS

1、The Research Center of S haanxi J intai C hlor-alkali C hemical C o.,LTD.Yulin 718100 C hina; 2、Shaanxi J intai C hlor-alkali C hemical Co.,LTD.Yulin 718100 China；

During the past years a great deal of interest has been devoted to the study of ceramic composite armor due to the application in defense.The research and development orientations of ceramic composite armor materials was summarized in this paper.

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