為適應(yīng)現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)。作為提高艦船生存能力的一項(xiàng)重要的被動(dòng)防護(hù)技術(shù)———裝甲防護(hù)日益受到重視。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，由單一依靠均質(zhì)鋼裝甲逐步向設(shè)計(jì)復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)發(fā)展方向已成為艦船裝甲防護(hù)技術(shù)的主流。

輕型防護(hù)裝甲的設(shè)計(jì)是提高其防護(hù)能力和盡量減輕自重，以提高其機(jī)動(dòng)能力。陶瓷材料因其密度小，且具有比裝甲鋼更高的硬度、抗壓強(qiáng)度、耐熱性、動(dòng)態(tài)應(yīng)力性能，而被廣泛應(yīng)用于輕型復(fù)合裝甲的設(shè)計(jì)中。故輕型復(fù)合裝甲為多層結(jié)構(gòu)，以陶瓷板為主體，配合其他復(fù)合材料。

概述

為了應(yīng)對(duì)當(dāng)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)，世界各國(guó)對(duì)防彈裝甲技術(shù)越來越重視，對(duì)裝甲材料的性能提出了越來越高的要求。裝甲的防護(hù)性能主要是通過抗侵徹能力、抗沖擊能力、抗崩落能力和自重等方面來予以評(píng)價(jià)，因此裝甲材料應(yīng)盡可能地滿足高硬度、高強(qiáng)度、高韌性以及低密度，即“三高一低”的要求。

研究現(xiàn)狀

陶瓷材料擁有許多極具吸引力的性能，包括高比剛度、高比強(qiáng)度和在許多環(huán)境下的化學(xué)惰性。同時(shí)，因其相對(duì)于金屬的低密度、高硬度和高抗壓強(qiáng)度，使其在裝甲系統(tǒng)上的應(yīng)用十分具有吸引力，己成為一種廣泛應(yīng)用于防彈衣、車輛和飛機(jī)等裝備的防護(hù)裝甲。。陶瓷作為裝甲防護(hù)材料的主要優(yōu)勢(shì)是強(qiáng)度和硬度高、耐磨、密度小等，而易破碎、抗多發(fā)打擊性能弱的劣勢(shì)則在一定程度上限制了其應(yīng)用。
用于裝甲防護(hù)的單相陶瓷主要包括氧化鋁、碳化硼和碳化硅。

氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷具有高硬度、高耐磨、低摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，通常以單晶體和多晶體的形式，用于要求耐熱和耐磨的各種應(yīng)用中。在一些特殊應(yīng)用中采用晶須增韌和相變?cè)鲰g陶瓷，例如，耐火材料、火花塞絕緣體、裝甲和軸承等。

碳化硼陶瓷

碳化硼（B4C）陶瓷是一種密度低、高耐磨、高強(qiáng)度極硬的陶瓷。碳化硼陶瓷廣泛應(yīng)用于坦克車的裝甲、防彈衣、噴砂?嘴、特殊密封環(huán)以及其他很多工業(yè)用品中。

碳化硅陶瓷

碳化硅（SiC）陶瓷由于具有高溫強(qiáng)度大、抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性好、熱穩(wěn)定性佳、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率大、硬度高以及抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，因此是當(dāng)前最有前途的結(jié)構(gòu)陶瓷之一，用作精密軸承、密封件、氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子、噴?嘴、熱交換器部件及原子核反應(yīng)堆材料等。

硼化鈦陶瓷

硼化鈦陶瓷（TiB2）是一種具有高強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性的非氧化物陶瓷。目前，主要應(yīng)用于防彈衣、裝甲和切割材料等。

纖維增韌陶瓷復(fù)合材料

戰(zhàn)爭(zhēng)中人員和裝備的快速安全移動(dòng)對(duì)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)防護(hù)材料提出了持續(xù)需求，纖維復(fù)合陶瓷材料則是提供能量吸收和質(zhì)量減輕的最佳組合方式。用于增韌陶瓷的纖維主要包括玻璃纖維和碳纖維。

透明陶瓷

隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展，更高性能的新材料不斷被開發(fā)和研究。。以氮氧化鋁（AlON）和鎂鋁尖晶石（MgAl2O4）為代表的透明陶瓷已應(yīng)用于裝甲防護(hù)領(lǐng)域，既能保護(hù)人體又能隨時(shí)觀察敵情。透明陶瓷因高強(qiáng)度和硬度，已成為可替代防彈玻璃的具有發(fā)展?jié)摿Φ姆雷o(hù)材料，如面罩、導(dǎo)彈探測(cè)窗口、地面作戰(zhàn)車輛保護(hù)窗、飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃和降落窗等，主要有單晶氧化鋁（藍(lán)寶石）、氮氧化鋁和鎂鋁尖晶石。

應(yīng)用進(jìn)展

目前，世界各國(guó)對(duì)于裝甲防護(hù)技術(shù)研究可以分為材料改進(jìn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)２個(gè)方向。在軍用裝甲上應(yīng)用較為廣泛的防護(hù)材料主要有金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等，功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有蜂窩結(jié)構(gòu)、金屬封裝結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)。
對(duì)裝甲材料要求的防彈性能包括抗侵徹、抗沖擊和抗崩落能力。因此，在裝甲的設(shè)計(jì)中必須充分考慮復(fù)合裝甲中各個(gè)組成部分的密度，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在最小面密度下實(shí)現(xiàn)最大防護(hù)效果。
目前國(guó)外科研人員研究的防彈用陶瓷－金屬功能梯度復(fù)合材料主要有Ti-TiB2 體系以及Al2O3/Al、SiC/Al、B4C/Al、Si3N4/Al等復(fù)合體系。國(guó)外研究人員分別從功能梯度材料的制備、材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、應(yīng)力波在功能梯度材料內(nèi)的傳播以及裂紋的擴(kuò)展等方面展開研究。
目前研究的防彈用功能梯度復(fù)合材料體系主要有Al2O3/Al、SiC/Al、B4C/Al、Si3N4/Al等復(fù)合體系。國(guó)內(nèi)研究人員分別從功能梯度材料的制備、材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與組份分布規(guī)律的關(guān)系、材料的抗彈性能等方面展開研究，并取得了一定的進(jìn)展。

發(fā)展趨勢(shì)

目前，裝甲陶瓷材料研究的重點(diǎn)是解決其韌性差及成本高的問題。提高裝甲陶瓷材料性能方面主要途徑有：
1）用連續(xù)碳纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)的Si3N4比純Si3N4的斷裂韌性提高４倍，SiC纖維/SiC可比純SiC的應(yīng)變量增大9倍。
2）梯度功能材料（FGM）是通過精心設(shè)計(jì)和采用特殊的工藝，使陶瓷與金屬的復(fù)合物組分、結(jié)構(gòu)能連續(xù)地變化，由陶瓷側(cè)過渡到金屬側(cè)形成了一種物性參數(shù)也連續(xù)變化的復(fù)合材料。
3）陶瓷材料的脆裂與其結(jié)構(gòu)敏感性密切相關(guān)，其斷裂往往始于表面或近表面處的缺陷。因此，必須盡可能消除其表面缺陷。

結(jié)語

不同的裝甲材料對(duì)反裝甲武器的攻擊有著不同的反應(yīng)，單一均質(zhì)材料構(gòu)成的裝甲通常只能防護(hù)特定的反裝甲武器。為了能夠應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的實(shí)際需求，同時(shí)防護(hù)多種反裝甲武器，復(fù)合裝甲的研究已成為必然趨勢(shì)。陶瓷復(fù)合裝甲作為其中的佼佼者，將朝著更高強(qiáng)度、更高韌性、更低廉的價(jià)格、更簡(jiǎn)易的制備工藝等方向發(fā)展。