簡介:

  現代戰争的勝負,仍然是解決矛和盾的問題。槍、炮、導彈是矛,防彈裝甲是盾,在反暴力、反恐怖的鬥争中和現代大規模戰争中,防彈裝甲都可以減小傷亡、提高戰鬥力,增加勝利因素,因而研究、開發它是十分必要的。

  裝甲材料總的發展趨勢是強韌化、輕量化、多功能和高效率。陶瓷材料是防彈材料中重要的一支,它具有高的硬度和耐磨性,高的壓縮強度和高應力時的優良彈道性能,公式中的M值為彈道質量因素,表征陶瓷材料的抗彈性能。

E,彈性模量

H,硬度

ρ,密度

性能要求:



 陶瓷和金屬的防彈機理有很大的不同,金屬是由于塑性變形而吸收射彈的動能,而陶瓷是由于其破裂而吸收射彈的動能。通常,陶瓷裝甲系統是由單片陶瓷或陶瓷-金屬複合物并覆蓋有高抗張強度有機纖維結合的尼龍布層所組成(玻璃纖維亦可)。

  在子彈的沖擊下(速度>700~800m/s),陶瓷正面是被破碎而剩餘的能量則被反面軟增強(例如尼龍布層)材料所吸收。反面材料必須能支持住子彈沖擊後陶瓷材料的碎片和子彈本身。

  防彈陶瓷要求的性能較多,例如:密度和氣孔率、硬度、斷裂韌性、楊氏模量、聲速、機械強度等,任何一個性能都不能與整體防彈性能有直接和決定性的關系,因而斷裂機理十分複雜,裂紋形成是由許多因素引起的,而且發生的時間十分短暫。防彈陶瓷的氣孔率應盡量低,以提高硬度和楊氏模量,對Al2O3瓷來說,其氣孔率應接近于零,而吸水率不超過0.02%。陶瓷的硬度要求很高,應高于飛行彈頭的硬度,對Al2O3陶瓷來說,硬度Hv應超過1220~1250。聲音在陶瓷中傳播的速度,表示陶瓷沖擊面上消耗能量的能力,希望有高的聲速,高的聲速也間接表示陶瓷有良好的緻密化和低的封閉氣孔。根據實際經驗,Al2O3瓷的聲速應大于10000m/s,最好是10500~11500m/s。陶瓷有兩種防彈的類型,即單片陶瓷結構和陶瓷複合物結構,單片結構陶瓷包括氧化物陶瓷(主要是Al2O3瓷)和非氧化物陶瓷(例如:SiC、Si3N4、AlN和TiB2等),以及二元系統(例如:B4C-TiB2基陶瓷)。一般來說,非氧化物陶瓷具有更高的物理性能和相對低的密度(除TiB2基陶瓷外),作為防彈比Al2O3瓷更有利。然而,這些材料制造方法多用價格較貴的熱壓,不易産業化。但熱壓可提高防彈陶瓷的機械性能,這一點也是明顯的。陶瓷基複合物具有高的防彈性能,這是因為有高的機械性能,特别是斷裂韌性。在射彈沖擊之後,與單片陶瓷相比,陶瓷基複合物具有較好的完整性。幾種複合物陶瓷如下:Al2O3/SiC(w),Al2O3/SiC(f),Al2O3/C(f),TiB2/B4C(p),TiB2/SiC(p)以及金屬陶瓷(如牌号為LanxideTM),其組成為滲Ni/(Al)之碳化物,例如:Ni/TiC和Al/B4C(p),這些材料多數屬于熱壓,因而價格較貴。雖然防彈陶瓷LanxideTM不是熱壓工藝,但其需要特别的工藝和設備,因而價格也比較貴。

組成

高Al2O3和Al2O3-ZrO2陶瓷已成功的應用在個人和戰車的裝甲材料。高Al2O3瓷作為防彈、保護的結構材料是一種新穎的應用。美國陶瓷裝甲最初是在20世紀60年代作為防子彈背心和直升機的底座而發展起來的。其主要要求是阻止子彈、炮彈的穿透和陶瓷本身重量輕(相對于金屬而言)。

性能

  目前,世界各國仍在繼續發展,Al2O3防彈陶瓷,其主要應用于作戰時個人和戰車、飛機和直升機的關鍵部分以及地雷爆炸等的防護。

顯微結構:

 裝甲Al2O3陶瓷基于Al2O3-SiO2-CaO-MgO和Al2O3-MgO系統,含量為96,97,98,98。ZrO2陶瓷中,Al2O3與ZrO2是具有特殊的比例(Y2O3作為穩定劑)。作為主要原料的Al2O3是用已産業化的超細粉體,這些Al2O3具有高純度(Al2O3≥99取決于Al2O3的級别,α-Al2O3的含量應為95Wt%或更高。

  Al2O3粉體的D50和平均晶粒是0.35~01~1.4μm。BET分别是8~11m2/g和2~3㎡/g。而Y2O3的D50和平均晶粒尺寸為8~9m2/g。Al2O3和ZrO2粉體選擇合适的比例和粒度分布,最佳的制造能力,最好的液相燒結和緻密化。

應用的意義:

   對于所研究的Al2O3陶瓷(96,97,98,98.5,Wt%)的相組成和顯微結構是相似的,主晶相是剛玉,随着Al2O3含量的提高,剛玉含量也相應增加。這些陶瓷中存有少量鈣長石,作為雜質在剛玉晶界上也存有微量尖晶石。最終的陶瓷晶粒度取決于原始Al2O3粉體的粒度和分布,由于Al2O3粉體有較小的尺寸,因此,燒結後的陶瓷具有精細的顯微結構,2~4μm和1~3μm,ZrO2-Al2O3陶瓷基于有最佳的比例和部分穩定技術,以使陶瓷有高的性能。該陶瓷不含有玻璃相,<1μm的ZrO2晶粒均勻分布于1~2μm的剛玉晶體之間,很可能在燒結時ZrO2相阻止了剛玉晶體的長大,形成一種良好的顯微結構。


折疊


2017年10月31日

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防彈陶瓷

陶瓷是由于其破裂而吸收射彈的動能。陶瓷裝甲系統是由單片陶瓷或陶瓷-金屬複合物并覆蓋有高抗張強度有機纖維結合的尼龍布層所組成(玻璃纖維亦可)。

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