??? 原標(biāo)題：軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院高級工程師馬天為您講述——

????陶瓷咋成了防彈“新星”

????

防彈陶瓷塊,。

????“泥沙入手經(jīng)摶埴，光色便與尋常殊?！边@是一首詠嘆精美瓷器的詩句,。陶瓷,，擁有的獨特形狀,、成色、質(zhì)地,，千百年來它不僅成為人們生活中常用的器具,，也成為讓人賞心悅目的藝術(shù)品。

????在大家的印象里,，陶瓷是脆性的,，輕輕一摔，一件價值連城的古瓷瞬間即可“粉身碎骨”,。但是你知道嗎,，陶瓷經(jīng)由現(xiàn)代科技“搖身一變”，因其物理特性竟能充當(dāng)防彈材料,，堪稱是防彈領(lǐng)域冉冉升起的一顆“新星”,。

????試想一下，戰(zhàn)場上一顆小小的子彈,，能給士兵帶來致命傷害,，易碎的陶瓷卻能擋住高速飛行的子彈。它的“功力”從何而來,？下面,，讓我們一起走進防彈陶瓷的世界一探究竟。

????高強硬質(zhì),，復(fù)合裝甲

????防彈陶瓷,，屬于無機非金屬材料家族中的一員。嚴格意義上講,，與我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拇善鞑⒎峭活惒牧?。作為特種陶瓷，區(qū)別于就地取土成坯燒制的陶瓷器皿,，防彈陶瓷的制備需要經(jīng)過一系列粉體制備,、成型加工、高溫?zé)Y(jié)等復(fù)雜工序,，是化學(xué),、冶金、材料等現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物,。

????早在1918年就有記載稱,，在鋼質(zhì)裝甲表面涂上一層瓷釉，可以顯著提升其防彈性能。但真正意義上的防彈陶瓷,，是上世紀60年代后才出現(xiàn)的,。

????防彈陶瓷之所以能夠防彈，是因為它具備極高的硬度和強度,。子彈撞擊高強高硬的陶瓷后,，發(fā)生破碎并引起陶瓷碎裂，整個過程將消耗子彈大部分的能量,，并在彈著點處形成一個“倒金字塔”型破壞錐,。這也是陶瓷受彈擊后典型的被破壞形貌。

????當(dāng)然,，由于陶瓷的脆性,，僅僅依靠陶瓷自身，還不能做到“萬無一失”,。防彈陶瓷一般放在迎彈面,，要與其他的背襯材料粘接在一起，組成復(fù)合裝甲共同使用,。背襯材料一般選用對位芳綸或超高分子量聚乙烯等纖維增強復(fù)合材料,，主要功能是吸收剩余彈道沖擊能量。

????為了提高陶瓷的抗多次打擊能力,，往往還要在陶瓷面板上包覆高強纖維織物,，防止彈擊造成的裂紋擴展。高強硬質(zhì)陶瓷與剛性背襯的組合,，構(gòu)成現(xiàn)代陶瓷復(fù)合裝甲的基本結(jié)構(gòu),。

????戰(zhàn)火洗禮，生命之盾

????上世紀60年代,，美軍在越南叢林中的直升機和乘員經(jīng)常受到地面輕武器的殺傷,。為了降低裝備戰(zhàn)損和乘員傷亡，1962年,，美國一家航空航天公司首次開發(fā)出正面為硬質(zhì)陶瓷的復(fù)合裝甲,，將氧化鋁陶瓷塊粘到薄約6毫米的韌性鋁背板上，用以抵御7.62毫米穿甲彈的射擊,。也就是在這個時期,，美軍開啟了防彈陶瓷大規(guī)模軍事應(yīng)用的先河。

????由于同等條件下,，陶瓷較金屬重量大大降低,，在對重量要求非常苛刻的軍機上,，陶瓷裝甲大量用于機腹,、座艙,、發(fā)動機等關(guān)鍵部位防護。俄羅斯米-28直升機,，在座艙周圍采用陶瓷裝甲加強,，能夠抵御數(shù)次機槍掃射，出色的防護能力,，為其贏得了“飛行堡壘”的美譽,。對于裝甲車輛，陶瓷復(fù)合裝甲更是提高防護能力的“秘密武器”,，英國“挑戰(zhàn)者2”,、法國“勒克萊爾”,、俄羅斯“阿瑪塔”等主戰(zhàn)坦克,，均大量裝備這種裝甲。有報道稱,，英軍一輛“挑戰(zhàn)者2”坦克,，先后被14枚RPG火箭彈和1枚反坦克導(dǎo)彈命中，內(nèi)部乘員卻無一傷亡,，足見現(xiàn)代陶瓷復(fù)合裝甲的“盾牌”功力,。

????當(dāng)重型裝備紛紛披掛上輕質(zhì)高強的陶瓷“鎧甲”后，人們又將目光轉(zhuǎn)向了穿梭在槍林彈雨中的士兵,。其實,，早在二戰(zhàn)戰(zhàn)場上，就出現(xiàn)過鋼制防彈胸甲,。因過于笨重,，它并不受士兵們歡迎。上世紀70年代,，美軍推出柔軟輕便的凱夫拉防彈衣,。盡管它在防護低速槍彈和爆炸破片方面有不俗表現(xiàn)，但遇到步槍發(fā)射的高速子彈時,，防護上往往“力不從心”,。其實，所謂的“防彈”并非“刀槍不入”,，而是根據(jù)防護能力進行分級防護,。某個防護等級的裝備，只能滿足防護該級別和更低級別槍彈的要求,。影視劇里那種“金剛不壞”的防彈衣是不存在的,。

????為了提高防護能力，科學(xué)家們想到將防彈陶瓷制成插板,，與軟體防彈衣配合使用,，猶如古代鎧甲上的“護心鏡”。這樣，既能大幅提升人體核心部位的防護能力,，又兼顧了穿著者的機動性,。剛開始，是利用小塊陶瓷拼接成插板,。隨著技術(shù)的進步,，人們更多采用整塊陶瓷，以消除小塊陶瓷片因有拼接縫隙而存在的薄弱點,，有的還制成曲面以貼合人體,。這也是當(dāng)前防彈插板的基本樣式。目前,，防彈陶瓷制備技術(shù)已日臻成熟,，成為保護士兵的“生命之盾”。

????科技助力,，再作升級

????經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,，目前廣泛應(yīng)用的防彈陶瓷種類很多，包括氧化鋁,、碳化硅,、碳化硼、氮化硅,、硼化鈦等,。其中，最常見的是氧化鋁,、碳化硅和碳化硼陶瓷,。隨著武器系統(tǒng)的升級換代，傳統(tǒng)的單相陶瓷已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實軍事需求,，特別是對防彈裝備的要求越來越高,。因此，防彈陶瓷開始朝著多元化,、復(fù)合化,、功能化方向發(fā)展——

????功能梯度陶瓷。通過微觀組分設(shè)計,，使得陶瓷性能發(fā)生有規(guī)律性的連續(xù)變化,。比如硼化鈦與金屬鈦以及氧化鋁、碳化硅,、碳化硼,、氮化硅與金屬鋁等金屬/陶瓷復(fù)合體系，在厚度方向上,，形成一種結(jié)構(gòu)變化,，確保防彈陶瓷從迎彈面的高硬度過渡到背彈面的高韌性,。這樣，既可滿足裝甲抗彈要求,，又可增強其抗多發(fā)彈能力,，在防護中小口徑穿甲彈時具有較大優(yōu)勢。

????納米復(fù)相陶瓷,。在單相陶瓷的基礎(chǔ)上,，添加亞微米級或納米級分散粒子，構(gòu)成復(fù)相陶瓷,。如碳化硅-氮化硅-氧化鋁,、碳化硼-碳化硅等，可以在一定范圍內(nèi)改善陶瓷的硬度,、韌性和強度,。有報道稱，國外正在探索將納米尺度的粉體黏結(jié)在一起的燒結(jié)工藝,，能夠把陶瓷晶粒尺寸減小到幾十納米,，從而提高材料硬度和強度,。這是未來先進陶瓷裝甲的一個主要發(fā)展方向,。

????透明陶瓷。以單晶氧化鋁（藍寶石）,、氮氧化鋁和鎂鋁尖晶石為代表的透明陶瓷,，因為具有很高的強度和硬度，同時兼具良好的光學(xué)性能,，所以能替代防彈玻璃,，在單兵防彈面罩、導(dǎo)彈探測窗口,、車輛觀察窗,、潛艇潛望鏡等軍事裝備上加以應(yīng)用。由于能低成本制造大尺寸,、復(fù)雜形狀透明部件,，這樣的陶瓷，已被不少軍事強國列為21世紀重點發(fā)展的光功能透明材料之一,。

????目前,，無論是在軍事上，還是在民用技術(shù)領(lǐng)域中,，陶瓷應(yīng)用都極其廣泛,。可以預(yù)見,，古老的矛與盾的故事,，仍將在未來戰(zhàn)場上演精彩的強強對決,。

【糾錯】

責(zé)任編輯： 楊茹