陶瓷复合装甲不同区域抗弹丸穿甲能力试验研究
装甲材料的要求和种类
装甲材料的要求和种类第一次世界大战至今已近百年，从最开始抵御小型武器子弹、炸弹到后来的破甲弹，装甲车辆的钢装甲厚度一直在不断增加。
但是到了20世纪60年代，人们认识到装甲战斗车辆钢装甲的使用总是有限度的，并开始探寻能够应用于装甲结构的其它材料。
对陶瓷、玻璃、复合材料和多层结构装甲进行的实验表明，它们的弹道防护效能要优于普通的装甲钢。
到了20世纪80年代，西方国家和前苏联的主战坦克均已广泛采用了所谓的“复杂”多层装甲。
同时期，各国也在不遗余力地利用陶瓷和复合材料发展重量效率更好的装甲系统，并研制出了陶瓷面板装甲，目前已在飞机上得到普遍应用。
目前有两种类型的装甲应用最为广泛，即被动式装甲和反应式装甲。
在作用机理上，被动式装甲依靠自身的装甲特性抵御弹丸的攻击，而反应式装甲则通常利用弹丸激励装甲材料产生动能反应、又反作用于攻击弹丸。
被动装甲采用何种材料要依照设计上的用途而定，并根据材料特性及对弹丸能量的作用方式分为不同的类型，通常包括能量破坏型和能量吸收型两种。
能量破坏型一般采用高强度材料，如高硬度钢和陶瓷，采用这些材料制造的多层结构装甲能够击碎攻击弹丸，或迅速消耗掉其能量。
换言之，装甲材料通过造成弹丸破碎、并将由此产生的破片能量转移到车辆被保护区域以外的地方达到分散弹丸能量的效果。
而能量吸收型装甲则通过吸收攻击弹丸的动能、并将其转换成较低的能量如热能达到防护的目的。
坚硬的金属和复合材料均具有良好的能量吸收特性，同时也具有一定的能量破坏作用。
大多数的装甲系统都同时具备破坏和吸收弹丸动能的特性，这也是复杂结构装甲的秘密之所在。
T-80 坦克的首上甲板采用的多层装甲由高硬度钢层、硬化钢层和复合材料层组成，其配方经优化能够防御某些空心装药破甲弹和穿甲弹的攻击。
设计装甲系统，当然是重量越轻越好。
为提高部署能力，各国都始终要求减轻装甲车辆的重量。
然而，武器系统发展到了今天，空心装药破甲弹已经能够击穿1 米厚的钢装甲，尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹体也变得越来越细长，初速越来越高，发射反坦克弹药的方式也是五花八门，以寻找车辆上装甲防护最薄弱的部分进行攻击，其中最典型的是“斯玛特”（SmAR）T 155 毫米攻顶弹。
装甲防弹材料(完成版)
装备必须——复合防弹材料摘要：以玻璃纤维复合材料、芳纶为代表的新一代轻质防弹材料，与传统的航空防弹钢板、双硬度防弹钢板及陶瓷-轻合金防弹装甲材料相比，具有抗弹性能好、工艺方便和有明显减重的效果，也成为现代武装直升机和攻击机中使用的主要装甲材料。
关键字：结构复合纤维一、前言：金属材料是现代装甲最重要的材料。
从普通钢装甲发展到高硬度钢装甲、双硬度钢复合装甲、乃至钛合金装甲，防护能力不断提高。
金属材料装甲对于坦克、装甲车、军舰等的防护起了重要作用。
但是对于人体近身防护和军机的防护，金属材料装甲却不适宜，因为太重，会影响战术性能的发挥。
于是在本世纪五十年代出现了轻质复合材料防弹装甲，如纤维复合材料装甲和陶瓷复合材料装甲相继问世，并得到不断发展。
二、防弹装甲结构：典型的陶瓷复合材料防弹装甲一般是以陶瓷材料作面板，纤维复合材料（典型的为碳纤维与芳纶、超高分子量聚乙烯等有机纤维的复合）为背板，中间用胶粘剂粘接复合，在陶瓷面板上铺有一层高强布作为止裂层。
陶瓷复合材料装甲是迄今为止最有效的轻质防弹装甲体系，与传统金属装甲相比，具有重量轻、防护水平高、工艺简单、可设计性好等优点。
在国外，陶瓷复合材料装甲已成为轻质航空装甲的主流，受到各国研究者的普遍重视。
三、防弹原理：(1) 破碎弹头。
这是重要的防弹机制之一。
不仅弹头破碎时耗散很多的能量，而且弹头碎块可将高度集中的能量予以分散，等效于加大着靶面积，可大大提高抗弹性能。
为了破碎弹头，装甲表面往往贴有坚硬的陶瓷面板。
（2) 靶板破坏与变形吸能。
弹丸作用于靶板，首先面板陶瓷破坏并形成倒锥作用于背板，背板将通过变形、分层和纤维断裂等吸收剩余的能量。
这里面板与背板的能量分配要合理。
面板不仅要能够破碎弹头，而且应能形成倒锥，利于背板作用的有效发挥;背板要能支撑面板，尽可能延长面板的破坏时间，充分发挥面板作用，同时应具有协同的大变形能力，这需要合理设计。
（3) 磨蚀作用。
破碎弹头进入破碎的陶瓷块中产生摩擦，弹头碎块与陶瓷碎块产生摩擦，陶瓷碎块之间由于弹头碎块的挤入，也会产生摩擦，最终结果是动能转变为热能。
不同厚度陶瓷与钢背板复合抗弹丸穿甲能力的实验研究
结 果 表 明 ： 瓷 面 板 厚 度 为 １ ｍｍ 时 ， 着 钢 背 板 厚 度 增 加 ， 体 结 构 的 抗 弹 能 力 提 高 ； 瓷 面 板 厚 度 为 陶 ０ 随 整 陶 ８ ｍｍ． 背 板 厚 度 为 １ ２ 钢 ～ ｍｍ 时 ， 弹 能 力 随 着 背 板 厚 度 增 加 变 化 不 显 著 ； 背 板 间 高 粘 接 强 度 可 保 证 陶 瓷 抗 面／ 面 板 具 有 优 良抗 弹 性 能 。 关 键 词 ： 板 厚 度 ； 瓷 ／ ；复合 装 甲 ； 弹性 能 背 陶 钢 抗 中 图分 类 号 ： Ｊ １ ． Ｔ４０６ 文献标志码 ： Ａ
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｎ Ｂａ ｌｓ ｉ ｏ ｒ ｙ ｏ ｈｅ Ｄｉｆ ｒ ｎ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍ ｎｔｏ ｌｉ ｔｃ Ｐｒ ｐｅ ｔ ｆ ｔ ｆ ｅ ｅ ｔ Ｓ ｅ ｌ
Ｃｈｉ ｏ ｆ Ｐｌ ｔ ｎｄ Ｃｅ ａ ｉ ｍ ｐ ｓｔ ｐ— ｆ ａ ｅ ａ ｒ ｍ ｃ Ｃｏ ｏ ｉｅ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉｈ ｔｅ １ ． ｍ ｍ ｒ ｒｐｅｃｎ （ ）ａ ｓｒｃ ： ｔ ｈ ２ ７ ａ ｍｏ ｉｒｉｇ ＡＰ ｍｍｕ ｉｏ ．ｅ ｐ ｒ ｎ ｓｈ ｄ ｂ ｅ ｏ ｅｆｒｔ ｅｃ ｒ ｍｉ／ ｔｅ ｒ ｒ ｅ ｈｃ — ｎｔ ｎ ｘ ｅｉ ｉ ｍｅ ｔ ａ ｅ ｎｄ ｎ ｏ ｈ ｅ ａ ｃ ｓｅ ｌ ｍｏ ｓｗｈ ｎｔ ｉ ａ ｋ
不同头部形状的弹体侵彻混凝土试验情况分析
不同头部形状的弹体侵彻混凝土试验情况分析发布时间：2021-07-09T09:49:05.093Z 来源：《基层建设》2021年第11期作者：何光文[导读] 摘要：想要弹体具有强大的侵彻能力，弹头的头部形状是非常重要的一个角色。
身份证号码：46000319921129XXXX摘要：想要弹体具有强大的侵彻能力，弹头的头部形状是非常重要的一个角色。
理想状态下，弹体是以垂直的角度对于被击中的物体进行入侵，但是在实际的战斗过程中，弹体发射后，会受到一些阻力以及弹体本身的重力的影响，并不是垂直进入，而是以一定的角度进行斜侵彻。
因此，需要明确弹头部形状对侵彻能力的影响，并予以优化，才能有效的达到目的。
关键词：头部形状；弹体侵彻；混凝土一、研究的背景和意义侵彻力也叫贯穿力，指的是弹头钻入或穿透物体的能力。
其大小主要决定于弹头质量、弹头活力的大小和物质的性质。
通常以侵彻一定物体的深度来表示。
根据撞击物体进入的角度，把侵彻做了分类，分别是垂直侵彻和斜侵彻，对于军工领域，侵彻一直是研究的重要课题。
弹体的侵彻问题通常是从进攻和防守两个方面进行研究。
从进攻的角度来说，主要会对于弹体的侵彻能力进行研究，而从防守的角度来说，则是主要注重抗侵彻能力。
从攻击方的角度来看，不仅需要做好自身的防御工作，还需要加强弹体的侵彻能力，从而能有效打击敌人。
所以很多相关的专业人员，通过各种方法和途径来尝试提升弹体的侵彻能力。
在这个过程中，弹体的尺寸更小，但是侵彻能力和破甲能力要更加强大。
弹头的形状对侵彻有着很大的影响，弹头形状不同，对于侵彻的深度和毁伤面积等都会有所影响，因此，为了使弹体具有更强的攻击力，对于弹体头部形状进行优化，从而提升弹体的侵彻能力，有着重要的作用。
二、研究现状（一）不同头部形状弹体侵彻弹体的侵彻过程包括材料的变形、损伤以及破坏等，且弹体的头部形状密切影响着弹体的侵彻行为。
近期，针对于弹体头部形状的侵彻问题，已经有了一定的研究成果。
不同背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响的研究
ｓ Ｎ Ｓ－ｉ 。 Ｈ ０Ｂ ｏ ｒ ｇ。 Ｎ ｎ， Ｎ ｈ ｑ Ｕ ｕｊ ｌ ｚ Ａ ａ－ｏ ２ ＷＡ Ｇ Ｊ ｌ ＷＡ ＧＺ ｉ ｉ 。 Ａ ｏ￣ ｅ ｎ ｕ －￣ Ｂ Ｉ ｎ Ｒ
（ ． ｎａ ｕ —ｎ ｔｕｅｏ ｉａＯｒｎ ｎ ｅＩｄ ｓ ｉｓＧｒｕ ｏｐ ｍｔ ｎ Ｙａ ｔｉ２ ４ ０ ， Ｃ ｉａ２ Ｎｉｇ ｒｎ ｈｏ １ Ｙａ ｔｉ ｂ ｉｓ ｔｔ ｆ Ｓ ｉ Ｃｈｎ ｄ ａ ｃ ｎ ｕ ｔ ｅ ｏ ｐ Ｃ ｒｏ ｉ ， ｎａ ６ ０ ３ ｒ ｏ ｈｎ ． ｎ ｂ Ｂ ａ ｃ ｆ ａ
ｄ ｓ ｕ ｓｏ ｓ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌ ｎ ｉ ａｅ ｔ ａ ｅ ｒ ｌ ｆｄｆ ｒｎ ｎ ｅ ａ ｅ ｆｃ ｒ ｍｉ ｌｎ ｒ ｉ ａｌｓ ｃ ｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｉｃ ｓｉ ｎ ｆｔ ｕ ｔ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｏｅ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｉ ｔｒ ｃ ｓｏ ｅ ａ ｃ ａ ｌｏ ｎ ｂ ｌ ｔ ｆ ｍａ ｅ ｄ ｃ ｓ ｓ ｗｉ ｌ ｈ ｅ ｓ ｈ ｆ ＇ ｉｉ ｅ ｏ ｅ ｌ ｈ ｎ ｒ ａ ｎ ｆａ ｏ ￣ｉ ｍｐ ｔ ｅｉ ｃ ｅ ｉ ｇ ｏ ｃ ｕ ｃ ｉ ｅ ａ ｃ ａ ｙ ｎ ａ ｋ ｌｔ ． ｓ ｄ ｎ ｅ ｏ ｖ ｒ ｉ ｇ ｂ ｃ ｅ ｐ ａｅ ｆ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｃ ｃ ｍｐ ｓｔ ｒ ｒ ｎｅ ａ ｅ；ａ ｏ ｓｉ ｍｐ ｄ ｎ ｅ；ｂ ｌ ｓ ｃ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ｒ ｍｉ ｏ ｏ ｉ ａ ｍｏ ；ｉ ｔｒ ｃ ｅ ｆ ｃ ｕｔ ｉ ｅ ａ ｃ ｃ ａｌ ｔ ｆ ｍ ｎ ｅ ｉｉ ｅ ｏ
装甲防弹材料
装备必须——复合防弹材料摘要：以玻璃纤维复合材料、芳纶为代表的新一代轻质防弹材料，与传统的航空防弹钢板、双硬度防弹钢板及陶瓷-轻合金防弹装甲材料相比，具有抗弹性能好、工艺方便和有明显减重的效果，也成为现代武装直升机和攻击机中使用的主要装甲材料。
一、前言：金属材料是现代装甲最重要的材料。
从普通钢装甲发展到高硬度钢装甲、双硬度钢复合装甲、乃至钛合金装甲，防护能力不断提高。
金属材料装甲对于坦克、装甲车、军舰等的防护起了重要作用。
但是对于人体近身防护和军机的防护，金属材料装甲却不适宜，因为太重，会影响战术性能的发挥。
于是在本世纪五十年代出现了轻质复合材料防弹装甲，如纤维复合材料装甲和陶瓷复合材料装甲相继问世，并得到不断发展。
二、防弹装甲结构：典型的陶瓷复合材料防弹装甲一般是以陶瓷材料作面板，纤维复合材料（典型的为碳纤维与芳纶、超高分子量聚乙烯等有机纤维的复合）为背板，中间用胶粘剂粘接复合，在陶瓷面板上铺有一层高强布作为止裂层。
陶瓷复合材料装甲是迄今为止最有效的轻质防弹装甲体系，与传统金属装甲相比，具有重量轻、防护水平高、工艺简单、可设计性好等优点。
在国外，陶瓷复合材料装甲已成为轻质航空装甲的主流，受到各国研究者的普遍重视。
三、防弹原理：(1) 破碎弹头。
这是重要的防弹机制之一。
不仅弹头破碎时耗散很多的能量，而且弹头碎块可将高度集中的能量予以分散，等效于加大着靶面积，可大大提高抗弹性能。
为了破碎弹头，装甲表面往往贴有坚硬的陶瓷面板。
（2) 靶板破坏与变形吸能。
弹丸作用于靶板，首先面板陶瓷破坏并形成倒锥作用于背板，背板将通过变形、分层和纤维断裂等吸收剩余的能量。
这里面板与背板的能量分配要合理。
面板不仅要能够破碎弹头，而且应能形成倒锥，利于背板作用的有效发挥;背板要能支撑面板，尽可能延长面板的破坏时间，充分发挥面板作用，同时应具有协同的大变形能力，这需要合理设计。
（3) 磨蚀作用。
破碎弹头进入破碎的陶瓷块中产生摩擦，弹头碎块与陶瓷碎块产生摩擦，陶瓷碎块之间由于弹头碎块的挤入，也会产生摩擦，最终结果是动能转变为热能。
B4C基复相陶瓷材料的制备、性能研究及抗弹能力测试共3篇
B4C基复相陶瓷材料的制备、性能研究及抗弹能力测试共3篇B4C基复相陶瓷材料的制备、性能研究及抗弹能力测试1B4C基复相陶瓷材料的制备、性能研究及抗弹能力测试B4C基复相陶瓷材料具有轻质高强、耐磨耐腐蚀等优异性能，广泛应用于军工、航空航天、船舶及机械制造等领域。
为了提高其性能，研究人员将不同元素的添加和复合工艺应用于复合材料的制备中。
本文主要介绍B4C基复相陶瓷材料的制备、性能研究及抗弹能力测试。
一、B4C基复相陶瓷材料的制备B4C基复相陶瓷材料的制备主要包括固相反应法和液相反应法两种。
其中，固相反应法是通过高温反应使B4C、SiC、TiC、MoSi2等粉体混合均匀，然后经过烧结得到复合材料。
液相反应法是在高温下将金属元素与B4C等陶瓷粉体反应生成复合材料。
两种方法各有优缺点，需要根据具体情况选择。
二、B4C基复相陶瓷材料的性能研究B4C基复相陶瓷材料的性能主要包括力学性能、热物性能、电性能和化学稳定性等方面。
力学性能方面，B4C基复相陶瓷材料具有高硬度、高强度、高韧性等优点，可以用于制造高压泵的活塞套、发动机缸套、船舶螺旋桨等耐磨零件。
热物性能方面，B4C基复相陶瓷材料的导热性能良好，可以应用于高温传热组件，如热交换器的管束等。
电性能方面，B4C基复相陶瓷材料具有较好的绝缘性能和高介电常数，在电子器件中应用广泛。
化学稳定性方面，B4C基复相陶瓷材料具有良好的耐腐蚀性能，在化工设备中应用较多。
三、B4C基复相陶瓷材料的抗弹能力测试抗弹能力测试是评价B4C基复相陶瓷材料使用性能的重要指标之一。
在弹头与装甲发生碰撞时，B4C基复相陶瓷材料能够吸收一部分能量从而保护人员和装备。
抗弹能力测试可以采用室内实验和现场实验两种方法。
室内实验通常使用高速摄影仪和高速采样仪等仪器对材料进行拍摄和测量，得到材料的破坏过程和宏观性能数据。
现场实验则需要选定合适的试验场地和设备，进行真实环境下的装甲防护测试。
四、结论B4C基复相陶瓷材料具有多种优异性能和广泛应用前景。
陶瓷-金属功能梯度复合材料在装甲防护中的应用
料的硬度 和弹性模量的提高而增大 抗冲击能力系
指 装 甲在 无裂纹或 无断裂 条件下吸 收攻击性或 较 大 口径弹 丸能量的能 力 ， 装甲材料 的韧性 高 、 性 塑 军用 新材料技 术是发 展高技 术武器装 备 的物 质 基础 ， 前 ． 目 世界范 围内的军 用新材料 技术 已有 上万种 ， 并以每年 ５ ％的速度递增 。 先进的材料是国 防武器系统及其性能的重要载体。在未来世界军事 战 略和现 代军事技术革命 的影响下 ， 陆军武器将 在 机 动与快 速响应 、 战场 生存能力等方面获得大 幅度 的提高。因此 ， 武器的高科技含量将大 大增加 ， 高新 陆 军武器 材料将获得大量 的使用 ， 以提高未来 陆军 武器在操 纵性 、 防护能力、 战、 勤保障 等方面的 交 后 能力 。 变形大则能吸收更多的能量。抗崩落能力系指装甲 板（ 别是正 对着弹着点 背面处 ） 压缩 冲击 渡反 特 在 射为拉伸冲击波时 ， 抗破裂 、 剥落及层裂能力 ， 它与
国 内对 于功 能梯 度 材料 的研 制 也 有很 多成 果 ，
特别 是 在制 作工 艺 方 面 ， 得 了很 大进 展 。功 能梯 取 度材 料 是一 种很 新 的材料 ， 然在 我 国不 少单 位 都 虽
开展 了这方 面 的工 作 ， 与 国际先 进水 平 相 比 尚有 但 不 少差 距 ， 且 ， 而 以往 进 行 的 功 能梯 度 复合 材 料 的
度 和 耐 腐 蚀 、 高 温 的特 性 ， 时 还 具 有 金 属 的 强 耐 同
随着 反装 甲武器技术的高速发展 ， 武器装 备的 战 场生存能 力对装 甲防护材 料的性 能提 出了更高
的要求 ， 从而促进 了装甲防护材料 的更大 发展 。装
甲防护 材料 正朝着强 韧化 、 轻量化 、 多功能化 和高
陶瓷复合装甲材料的研究和发展
转 换 来 达 到 提 高 复 合 材 料 韧 性 的 目 的 其 增 强 效 果 略 大 陶瓷 复 合 装 甲 的抗 弹 能 力仍 在 提 高 。复 合 装 甲 的 出 现使
的价格 仅为碳化硅 的三分之一 。而且 ， 加入 氮化铝后 ， 其
这种双重作 用 ， 使之 成本价格 目前 ， 进 陶瓷 脆 性 的 研 究 已取 得 了 较 大 进 展 ， 要 的途 复合体 系的烧 结温度 降低 ， 改 主 相应于碳化 硅大大下 降。另外 ， 通过选 用合适 的粉末 ， 严 径是 通过复合 ， 提高 陶瓷的强度 、 性 。 目前对 于均质装 韧 甲的侵彻 和损伤 机理 的研究 在 国内外 已经发 展成 熟 ． 但 格控制烧结温 度和时 间 ，可有效地改 善复合体 系的微观 提高韧性及抗弹性能 。 对 于由陶瓷组成 的复合装 甲的侵彻 和损 伤机理研 究相对 结构 ，
于 碳 化 硅 晶须 增 强 。 与 碳 化 硅 ｆ 须 ） 化 铝 复 合 材 料 相 得 主 战 坦 克 能 够 进 入 ２ 晶 ／ 氧 ， 化 锆 （ 粒 １ 化 铝 表 现 出更 优 良 的抗 热 冲 击 性 。 氧 颗 ／ 氧
２Ｇ ａ 增 ０ 其 碳 化 硅 陶 瓷 是 一 种 高 性 能装 甲材 料 。 其 高 的 动 态 压 ４ ６ Ｐ 。显 然 ， 强 后 杨 氏模 量 提 高 了 ６ ％， 抗 热 性 能 也 得 到 了大 大 提 高 。 当温 差 变 化 大 于 ６ ７ ２ ℃时 ， 抗 弯 强 其
、
陶瓷复合装 甲材料 的研究和发展
轻型陶瓷复合装甲结构抗弹性能研究进展
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ：ｅ ｐｌｓｏ ｃ ｎｉｓ ｅ ａ ｉ ｄ ｘ ｏ ｉｎ ｍｅ ｈａ ｃ ；ｃ ｒ ｍ ｃ；ａ ｍｏ ；ｉ ｒ ｒ ｍｐａ ｔ ｈ ｏ ｅ ｉａ ｄ ｌ ｃ ；ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｍ在 抗 中、 速 冲击 防护 装 甲设计 中的 高 广泛应 用及其 军 事应 用 背景 ， 得 弹丸 冲 击下 陶 瓷 使
械发 射的 弹丸 等动 能弹体 的轻 型陶 瓷复合装 甲在舰 船、 飞机、 人体 等 防 护装 甲设 计 中得到 了广 泛应 用。 本文 在文 献 ［ ］ １ 的基础上 ， 针对 轻型 陶瓷复合装 甲抗 弹性 能从 靶板材料 及结构 等 角度 进行 了较为 系统的 回顾 ， 分析 了其研 究现状 ， 探讨 了其发 展趋势 。
ｔ ｅ ａ ｔ ｐ ｏｅ ｔ ｅｐ ｏ ｅｓａｅｒｖｅ ｄ． ｒｅ ｔｓａｕ ｆｔｅｓｕ ｙｉ ａ ａｙ ｅ ｎ ｈ ｔｓｍｅｐ ｏ ｌ ｈ ｎ ｉ ｒｊｃｉ ｒ ｃｓ ｒ ｅ ｉｗｅ Ｃｕ ｒｎ ｔｔ ｓ ｈ ｔ ｄ ｎ ｌｚｄａ ｄｔ ａ ｏ ｒｂｅ — ｌ ｏ ｓ ｍｓ
ｓ ａ ｅｏ ｒｊｃｉ ，ｉ ａｔｖ ｌｃｔ ｎ ｎ ｌ ｆｔ ｅｐ ｏｅｔｌ，ａ ｄｃ ｎ ｉｅ ｎ ｎ ｒｓｒｓ，ｅ ｐ ｒ— ｈ ｐ ｆｐ ｏｅｔ ｅ ｍｐ ｃ ｅ ｉ ａ ｄａ ｇｅｏ ｈ ｒｊｃｉ ｌ ｏ ｙ ｅ ｎ ｏ ｆｎ ｍｅ ｔａ ｄｐ ｅｔｅｓ ｘ ｅｉ
ｍｅ ａ ｔ ｄ ｅ ｎ ｂ ｌ ｓｉ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｆｌｇ ｔ ｃ ｒ ｍｉ ｏ ｏ ｉｅ ａ ｍｏｕ ｎ ｈ ｎ ｌｔｃ ｌｍｏ ｌｏ ｎｔ ｌ ｕ ｉｓｏ ａ ｌ ｔｃ ｐ ｒｏ ｍａ ｅ ｏ ｉ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｍｐ ｓｔ ｒ ｓ ｉ ｒａ ｄ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉａ ｄｅ ｆ
浅谈装甲材料的种类与发展
浅谈装甲材料的种类与发展装甲防护问题，自从坦克的诞生之日起，就是技术人员研究的永恒话题。
坦克的装甲，是为了在作战时尽可能大的为车辆提供装甲保护，以保障其战场生存能力和战斗人员生命安全。
过去，所有的战车都采用装甲钢板时，装甲材料对于专业人员来说可能不是太大的问题。
但是近几十年来，随着有色金属材料和其他复合材料的应用。
装甲材料的种类和功能有了极大的延伸。
以下是我查阅资料后作出的一点自己的归纳和总结。
从金属材料的角度讲，坦克装甲材料主要分为以下几种：一、铝装甲。
由于铝的硬度和强度要小。
所以此种装甲主要用于轻型装甲车辆。
轻型战车用装甲一般用来防御小口径弹片和弹丸。
铝制装甲的材料一般为铝镁锰合金，其对比与同体积的轧制均质装甲钢来说，最大的优点在于密度小，重量轻。
高标号的7XXX系航空铝合金抗弹能达到RHA （匀轧制装甲钢）的50％，低标号的5XXX系铝合金也能达到RHA的40%左右，比重却只有钢的1/3多一点。
现代新型的步战基本都是铝合金或者至少部分铝合金的，比如M2/3、武士、BMP-3都是如此，相比于老式的钢装甲步兵战车，如BMP-1/2之类，防御强了不少。
但是，需要指出的是：铝合金作装甲也有缺点，一是高标号的航空铝合金造价不斐，也很难加工成大厚度，限制了高标号铝合金的应用，导致大厚度装甲用的基本是5XXX系低标号铝合金；二是铝合金易燃，容易被贫铀弹或者穿燃弹（AP-T）这样的东西引燃。
至于铝合金为什么不在坦克复合装甲面板上应用，是因为坦克面板基本都是HHA（硬化装甲），抗弹性能比起RHA 大约要强化20-30%左右，以M1的HY120为例，抗弹约是4340 RHA的120%左右，这样即便是高标号的7XXX系抗弹也只相当于其的41%左右，重量优势已经不明显了，而且坦克装甲面板很厚，要达到同样抗弹，那么起码要接近300mm的7XXX系铝合金面板，相当难加工而且昂贵；如果用5083之类的低标号型号，那么就要更厚的装甲，那么连铝合金最大的防御/重量优势都没有了。
陶瓷复合装甲材料研究和发展
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。
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［１］陶瓷复合装甲材料研究和发展康永柴秀娟１、陕西金泰氯碱化工有限公司技术中心榆林７１８１００２、１ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｈａａｎｘｉＪｉｎｔａｉＣｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＬＴＤ．Ｙｕｌｉｎ７１８１００Ｃｈｉｎａ；２ＳｈａａｎｘｉＪｉｎｔａｉＣｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＬＴＤ．Ｙｕｌｉｎ７１８１００Ｃｈｉｎａ１２ＫＡＮＧＹｏｎｇＣＨＡＩＸｉｕ－ｊｕａｎ陕西金泰氯碱化工有限公司榆林７１８１００、、；１２THE RESEARCH &DEVELOPMENT OF CERAMICCOMPOSITE AMOUR MATERIALS【摘要】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。
穿甲子弹侵彻陶瓷_钢靶板的数值模拟研究
其局限性, 例如, 在模拟陶瓷材料受侵彻破坏时, 需 要模拟陶瓷锥的形成与演化过程、裂纹的扩展和破 碎飞溅等, 这使有限元方法遇到了困难. 因此, 对于 这类高脆性、高压、高应 变率的陶瓷材 料的侵彻问 题, 合理的材料模型成为数值结果有效性的重要前 提, 而算法的选择更不容忽视.
有限 元方 法 较 SPH 算法 有 更 高 的 效 率, 而 SPH 算法处理陶瓷材料抗侵彻问题有其独特的优
收稿日期: 2007- 12- 16 作者简介: 陈斌( 1964- ) , 男, 教授, 研究方向为冲击侵彻及工程防护.
第1期
陈 斌, 等 穿甲子弹侵彻陶瓷/ 钢靶板的数值模拟研究
15
势. 本文拟通过对穿甲子弹侵彻陶瓷/ 金属复合靶进 行 FE2SP H 耦合计算, 从而最大限度地发挥 2 种方 法的优点, 在提高计算精度和准确性的同时保证了 计算效率.
P = 5是不合理的.
图 2 修正后的 N- Û E 关系曲线
通过比较数值模拟结果与试验结果发现, 两者 吻合较好, 表明初速度 v0 = 400~ 800 m/ s 时, 对参 数的修正是合理可靠的.
2 侵彻模型
鉴于中心入射问题的对称性, 建立 1/ 4 模型, 如 图 3 所示. 弹丸采用简化模型并划分为有限元网格, 弹芯直径 6. 2 mm, 长 26. 4 mm; 弹头壳均匀覆盖于 弹芯表面, 平均厚度 0. 55 mm; 弹丸总质量 7. 7 g. 陶瓷/ 金属复合靶板由 AD95 陶瓷面板和 Q235 低 碳钢背板通过玻纤环氧树脂粘接而成. 陶瓷板为正 方形, 边长 80 mm, 3 种厚度为 6. 0、7. 0、8. 0 mm. 将 陶瓷面板中心区域( 40 mm @40 mm) 离散为光滑粒 子, 而其它区域划分为有限元网格. 背板为正方形, 边长 200 mm, 厚度 1. 4~ 2. 8 mm, 边界为 单向支 承. 整个背板均划分为有限元网格.
装甲防护陶瓷材料的研究与应用
装甲防护陶瓷材料的研究与应用*张文毓(中国船舶重工集团公司第七二五研究所河南洛阳471023)摘要近10年来,陶瓷材料在防护装甲上的应用逐渐增多,已经成为装甲防护材料的主要选择㊂材料体系从最初的氧化铝㊁碳化硅㊁碳化硼陶瓷向多元化㊁复合化发展,具有高硬度和高韧性的新型材料不断涌现,以应对更高级别的威胁㊂笔者对装甲防护陶瓷材料进行了概述,并对其研究现状㊁应用进展和发展趋势进行了综述㊂关键词装甲防护陶瓷抗弹性能应用中图分类号:T Q174.75+8文献标识码:B文章编号:1002-2872(2020)08-0016-05为适应现代高科技战争㊂作为提高舰船生存能力的一项重要的被动防护技术 装甲防护日益受到重视㊂二战前后,舰船装甲防护主要以均质金属装甲为主,但随着武器装备的发展,特别是聚能破甲反舰导弹的发展,目前已可穿透厚1000mm以上的均质钢装甲,对舰攻击时一般都能穿透舰体,并形成直径10m左右的爆炸破口㊂因此,传统的钢装甲已经不能满足现代战争的要求,必须研制出密度小㊁防护能力高的新型轻质防弹装甲㊂自20世纪70年代以来,随着材料技术的发展,由单一依靠均质钢装甲逐步向设计复合装甲结构发展方向已成为舰船装甲防护技术的主流㊂目前轻型防护装甲的设计是提高其防护能力和尽量减轻自重,以提高其机动能力㊂陶瓷材料因其密度小,且具有比装甲钢更高的硬度㊁抗压强度㊁耐热性㊁动态应力性能,而被广泛应用于轻型复合装甲的设计中㊂故轻型复合装甲为多层结构,以陶瓷板为主体,配合其他复合材料㊂突破传统重型复合装甲结构设计,以高硬度陶瓷面板取代装甲钢面板,充分发挥陶瓷的高硬度和高抗压强度,可提高陶瓷复合装甲的抗弹性能[1]㊂1概述为了应对当代高科技战争,世界各国对防弹装甲技术越来越重视,对装甲材料的性能提出了越来越高的要求㊂装甲的防护性能主要是通过抗侵彻能力㊁抗冲击能力㊁抗崩落能力和自重等方面来予以评价,因此装甲材料应尽可能地满足高硬度㊁高强度㊁高韧性以及低密度,即 三高一低 的要求㊂装甲防护材料主要用于装甲车辆㊁坦克㊁航母㊁舰艇㊁直升机等装备,它们能承受反装甲武器的攻击,可提高武器装备和作战人员的生存能力和作战能力㊂纵观古今中外,用做装甲的材料大体有4类,即:金属㊁陶瓷㊁凯芙拉(K e v l a r)和玻璃钢㊂金属材料具有高硬度和韧性,但是硬度较陶瓷材料低,特别是密度大,不能满足单兵和装备高灵活性的要求,成为逐步被其他材料所替换的主要原因㊂凯芙拉和陶瓷材料与金属材料相比具有密度低㊁耐高温等诸多优点,满足了坦克及其它军用装甲车辆轻量化㊁高防护性及高机动性的需求,在武器装备上的应用日益广泛[2]㊂目前,国外已经在舰船上应用了大量的陶瓷装甲㊂美国在舰船的天线㊁炮台上都已使用了陶瓷复合装甲,并预计其在研的A A A V级两栖攻击舰艇也将会使用陶瓷复合装甲;此外,资料显示,国外的水陆两栖战车㊁海军登陆艇等都不同程度地利用陶瓷基复合装甲的优秀抗弹性能提高其抵御来自岸防武器威胁的能力㊂据悉,美国在研制作战机动灵活的小型巡逻艇㊁微型潜艇等新式轻型舰船,在其结构设计中,陶瓷装甲作为防御系统的主体得到了充分的肯定㊂2研究现状陶瓷材料拥有许多极具吸引力的性能,包括高比刚度㊁高比强度和在许多环境下的化学惰性㊂同时,因其相对于金属的低密度㊁高硬度和高抗压强度,使其在*作者简介:张文毓(1968-),本科,高级工程师;主要从事情报研究工作㊂装甲系统上的应用十分具有吸引力,己成为一种广泛应用于防弹衣㊁车辆和飞机等装备的防护装甲㊂在20世纪60年代,B 4C 最先用于设计防弹背心,之后装配到飞机飞行员的座椅上㊂之后,又将陶瓷面板与复合材料背板共同构成防弹陶瓷复合装甲,且于20世纪70年代后被美国等西方军事强国应用于运兵车㊁坦克及军机等㊂陶瓷装甲主要应用于装甲车辆,在实际应用中常以复合装甲的形式出现,如英国 挑战者 坦克㊁E E -T 1奥索里约主战坦克等㊂陶瓷作为装甲防护材料的主要优势是强度和硬度高㊁耐磨㊁密度小等,而易破碎㊁抗多发打击性能弱的劣势则在一定程度上限制了其应用㊂目前,防弹陶瓷主要朝着提高抗多发打击性能㊁减轻质量及降低成本这3个方面进行㊂国内外现阶段主要使用的特种防弹陶瓷有B 4C ㊁A l 2O 3㊁S i C ㊁T i B 2㊁A l N ㊁S i 3N 4㊁S i -a l o n 等[3]㊂用于装甲防护的单相陶瓷主要包括氧化铝㊁碳化硼和碳化硅㊂表1为3种陶瓷的特征性能㊂尽管单相陶瓷具备一定的防弹能力,但共性问题是断裂韧性低㊁脆性大,因此,防弹陶瓷的强韧化一直是研究的热点方向㊂强韧方法主要包括多元陶瓷体系复合㊁功能梯度陶瓷㊁层状结构设计等㊂M e d v e d o v s k i 对S i C -A l 2O 3㊁S i C-S i 3N 4-A l 2O 3㊁S i C-S i -A l 2O 3和S i C -S i 3N 4-S i -A l 2O 3这些碳化硅基的复合材料进行了研究㊂复合装甲包括2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㊂任何复合装甲的研究都是为了优化复合材料和复合结构㊂当前,陶瓷复合装甲早已不限于2种复合材料和较为单一的复合结构㊂在实验领域,已经出现了陶瓷㊁金属㊁纤维㊁硅硫等复数复合,且结构方面也出现了复数层数㊂通过对陶瓷复合装甲的种类和现今应用情况的分析,不难发现,陶瓷+复合金属采用功能梯度复合形式的复合材料是较为理想的应用形式㊂主要研究的方向在于具体组分设计㊁微观修饰㊁制备工艺的改进以及对成本的控制[4]㊂表1 典型防弹陶瓷的性能陶瓷密度(g ㊃c m -3)弹性模量(G P a)努氏硬度断裂韧性(M P a㊃m 1/2)价格(元㊃k g -1)A l 2O 33.60~3.9034018002.8~4.570~80B 4C 2.5040029002.8~4.3700~800S i C3.12~3.28408~45125004.0~6.4350~4002.1 氧化铝(A l 2O 3)陶瓷氧化铝陶瓷具有高硬度㊁高耐磨㊁低摩擦系数等优点,通常以单晶体和多晶体的形式,用于要求耐热和耐磨的各种应用中㊂在一些特殊应用中采用晶须增韧和相变增韧陶瓷,例如,耐火材料㊁火花塞绝缘体㊁装甲和轴承等㊂不过,陶瓷也拥有太脆韧性不够等缺点㊂氧化铝陶瓷基本上不存在塑性变形,低韧性会导致其很容易受到热和机械冲击载荷而发生破坏㊂氧化铝陶瓷应用于装甲设计有很多优点,价格便宜而且成形工艺多种多样㊂2.2 碳化硼(B 4C )陶瓷碳化硼(B 4C )陶瓷是一种密度低㊁高耐磨㊁高强度极硬的陶瓷㊂碳化硼陶瓷广泛应用于坦克车的装甲㊁防弹衣㊁喷砂嘴㊁特殊密封环以及其他很多工业用品中㊂碳化硼陶瓷是一种重要的工程陶瓷材料,具有低密度(2.52g /c m 3)㊁高熔点(2450ħ)㊁高硬度㊁高弹性模量㊁化学稳定性好以及高中子俘获率等特点,因此B 4C 及其复合材料被广泛地应用于工程领域,尤其是用作新型装甲陶瓷㊂早在20世纪60年代,美国就推出了以B 4C 为芯部的防弹复合装甲,黑鹰武装直升机的机身腹部和乘员座椅也采用由B 4C 和K e v l a r 纤维组成的复合装甲㊂但是,碳化硼是强共价键化合物(共价键比例达到93%以上),塑性差,晶界移动阻力大,并且在碳化硼粉体颗粒表面常常有一层B 2O 3薄膜,阻碍了烧结过程中的物质扩散,因此B 4C 是一种极难烧结的陶瓷材料,这极大地限制了B 4C 陶瓷的应用[5]㊂2.3 碳化硅陶瓷S i C 陶瓷由于具有高温强度大㊁抗氧化性强㊁耐磨损性好㊁热稳定性佳㊁热膨胀系数小㊁热导率大㊁硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性,因此是当前最有前途的结构陶瓷之一,并且已在许多高技术领域(如空间技术㊁核物理等)及基础产业(如石油化工㊁机械㊁车辆㊁造船等)得到应用,如用作精密轴承㊁密封件㊁气轮机转子㊁喷嘴㊁热交换器部件及原子核反应堆材料等㊂将S i C陶瓷用作装甲材料是近年来国内外研究的热点㊂作为装甲材料,对陶瓷的抗弯强度和硬度则有更高的要求[6]㊂2.4硼化钛(T i B2)陶瓷硼化钛陶瓷(T i B2)是一种具有高强度㊁高硬度和高耐磨性的非氧化物陶瓷㊂目前,主要应用于防弹衣㊁装甲和切割材料等㊂热压㊁热等静压(H I P)㊁无压烧结和微波烧结等工艺都可以用于生产完全致密的硼化钛陶瓷㊂2.5纤维增韧陶瓷复合材料战争中人员和装备的快速安全移动对轻质结构防护材料提出了持续需求,纤维复合陶瓷材料则是提供能量吸收和质量减轻的最佳组合方式㊂用于增韧陶瓷的纤维主要包括玻璃纤维和碳纤维㊂如轻型车辆吉普的面板通常都是基于S-2玻璃纤维(65%的S i O2, 25%的A l2O3和10%的M g O),这会比传统的低碱铝硼硅酸盐E玻璃纤维(名义组成是54%的S i O2,14%的A l2O3,22%的C a O+M g O和10%的B2O3)有更高的断裂应变和弹性模量㊂由陶瓷/凯芙拉材料组成的复合装甲自从问世以来,由于其特有的物理性能和良好的防弹㊁防辐射能力,在武器装备㊁航空航天等领域的应用逐渐广泛㊂美国㊁俄罗斯㊁日本㊁欧共体等己经把该复合装甲成功地应用在多种武器装备上,显著地提高了综合防护能力㊂但鉴于技术保密,有关该材料的加工方法㊁加工技术很少有文章发表㊂2.6透明陶瓷随着材料制备技术的发展,更高性能的新材料不断被开发和研究㊂现代化战争对装甲系统的要求越来越高,不仅要求能够实现全方位的防护,还要求不能妨碍士兵们的行动能力,变 被动 为 主动 ,发展能预先识别目标,并利用诱饵触发和物理摧毁方式破坏来袭武器的 主动装甲 ,成为作战中的一大优势㊂以氮氧化铝(A l O N)和镁铝尖晶石(M g A l2O4)为代表的透明陶瓷已应用于装甲防护领域,既能保护人体又能随时观察敌情㊂透明陶瓷因高强度和硬度,已成为可替代防弹玻璃的具有发展潜力的防护材料,如面罩㊁导弹探测窗口㊁地面作战车辆保护窗㊁飞机的挡风玻璃和降落窗等,主要有单晶氧化铝(蓝宝石)㊁氮氧化铝和镁铝尖晶石㊂当前,陶瓷装甲材料研究的重点是提高其韧性并降低生产成本㊂美国采用微波烧结技术提高生产效率,大幅降低了生产成本,并实现了碳化硅和硼化钛陶瓷材料的规模化生产㊂为提高抗弹性能,美国计划发展全致密碳化硅㊁氧化铝㊁硼化钛和碳化硼等单质陶瓷材料㊁陶瓷基复合材料及透明陶瓷材料[7]㊂陶瓷材料凭借其优异特性,已经成为了当前国内外装甲防护领域的研究热点与发展重点㊂由于军事工程应用的需要,如何提高陶瓷材料的力学性能,深入探究装甲防护陶瓷材料的动态力学特性以及陶瓷复合装甲的抗弹机理,成为了当前装甲防护的重点研究课题㊂3应用进展目前,世界各国对于装甲防护技术研究可以分为材料改进与结构设计2个方向㊂在军用装甲上应用较为广泛的防护材料主要有金属材料㊁陶瓷材料㊁复合材料等,功能结构设计上有蜂窝结构㊁金属封装结构等特殊结构㊂对装甲材料要求的防弹性能包括抗侵彻㊁抗冲击和抗崩落能力㊂陶瓷材料作为一种先进的高技术材料,具有高强度㊁高硬度㊁耐腐蚀㊁高耐磨性和质量轻的特点,它不仅可用在坦克的防护上,而且也可用在飞机㊁舰船㊁车辆㊁关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上,其应用范围越来越广泛㊂实践表明,世界上许多先进坦克采用高性能的陶瓷防护装甲后,防护能力都得到了明显提高㊂为了提高防弹能力,一般采用陶瓷复合装甲㊂舰船用陶瓷复合装甲除了要求有良好的防弹性能外,还需要质量轻,所以对装甲的要求是密度尽可能小㊂因此,在装甲的设计中必须充分考虑复合装甲中各个组成部分的密度,通过优化结构,在最小面密度下实现最大防护效果[8]㊂3.1防弹陶瓷陶瓷是一种脆性材料,在受到冲击时容易破碎,通常不单独做成防护装甲,而是与金属和其它纤维材料一起做成复合装甲;复合装甲中使用的陶瓷通常被改成陶瓷块,使得当某块陶瓷被弹体击碎时,其它陶瓷块还仍然有效㊂陶瓷材料主要应用于以对付中㊁大口径长杆穿甲弹为首要目标的装甲系统,这些弹药主要采用烧蚀破坏机理,另外也应用于防弹背心,陶瓷与复合背面材料结合使用提供要求的防护能力㊂工程应用中,陶瓷复合装甲广泛用在坦克㊁装甲车等装备的防护装甲上㊂但陶瓷材料塑性差㊁断裂强度低㊁易产生脆性断裂,且不能二次防弹,此外,其成形尺寸较小㊁生产效率低,且因其具有极高的硬度和脆性,二次成形加工十分困难,特别是成形孔的加工尤其困难,因而制备成本高,使用局限性较大㊂目前,用于防弹的三大陶瓷材料是氧化铝(A l2O3)㊁碳化硅(S i C)和碳化硼(B4C)㊂氧化铝因其成本低而在防弹上得到更广泛的应用,但其防弹等级最低㊁密度也最大;碳化硼防弹性能最好㊁密度最小,但其价格最为昂贵,20世纪60年代就最先用来作为设计防弹背心的材料;碳化硅陶瓷材料在成本㊁防弹性能和密度指标方面均介于二者之间㊂因而最有可能成为氧化铝防弹陶瓷的升级换代产品[9]㊂3.2陶瓷复合装甲的应用现状陶瓷面板+金属背板复合装甲作为结构最简单㊁成本相对低廉的复合装甲,被研究最多,多被制造为轻型复合装甲㊂面板通常采用A l2O3㊁S i C㊁B4C陶瓷等,背板一般采用芳纶㊁高强度聚乙烯等,粘接一般用橡胶㊁环氧树脂等㊂是制作单兵装甲㊁防弹衣㊁小型关键部位防护装甲的首选㊂碳化硅基陶瓷复合装甲受限于其高昂的价格,多被应用于特种作战领域,例如特种兵防弹衣㊁军用特种车辆装甲㊁武装直升机装甲㊂它也被看做是最有应用前途的陶瓷复合装甲之一,只要能够降低其制造成本并解决其韧性稍差的问题,将会被大量应用于主战坦克㊁轻型装甲车辆等领域㊂目前最普遍的陶瓷复合装甲是氧化铝基陶瓷复合装甲,它有着较好韧性㊁抗热冲击性,价格低廉,生产技术简易㊂被广泛应用于民㊁警单兵防护和民㊁警用押运车及对装甲强度要求较低的领域㊂目前圣戈班陶瓷公司可提供满足复合装甲系统性能要求的陶瓷材料㊂基于40多年来在复合装甲系统的经验,该公司可提供最终产品㊁半成品㊁机加毛坯㊁压制近净形毛坯㊁大体积压制净形部件和复杂机加部件产品㊂生产的陶瓷材料包括:轻型高硬度㊁高压缩强度H e x o l o y 烧结碳化硅(S S i C),具有最佳强度和抗氧化性C R Y S T A R 反应烧结碳化硅(S i S i C),高模量高声速S i l i t S K D反应烧结碳化硅(S i S i C),低密度高硬度N o r b i d e 热压碳化硼(B4C),最高硬度最高刚度的T196/T198氧化铝(A l2O3),高硬度氧化物复合陶瓷T Z3(A l u m i n aZ i r c o n i a)和用于红外窗口的极硬长寿命抗刮伤S a p h i k o n 蓝宝石材料等[10]㊂3.3陶瓷一金属功能梯度复合材料在装甲防护中的应用现在一般应用的陶瓷一金属复合材料,尽管具有很多优点,但当内部应力增大时,会导致材料的破坏;若采用陶瓷一金属功能梯度复合材料,将会改变这种状况㊂这是因为,陶瓷一金属功能梯度复合材料是一种采用多元化技术制造的新型非均匀复合材料,在这种材料中,一面是陶瓷,一面是金属,中间是从陶瓷到金属逐渐变化的板材,可以兼具陶瓷材料和金属材料的双重特点,即可以具有陶瓷的硬度和耐腐蚀㊁耐高温的特性,同时还具有金属的强度和韧性㊂并且在这种材料中,由于各组分材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,而其物理性能没有突变,因而可较好地避免诸如在纤维增强复合材料中经常出现的层间应力问题,并降低应力集中现象[11]㊂为克服目前陶瓷复合装甲材料的结构缺陷,美国材料科学家于1999年提出 陶瓷/金属功能梯度装甲材料(F G A C) 的新概念,即利用陶瓷/金属功能梯度材料层间界面上非突变声阻特性及梯度层间冶金结合所具有的良好横向剪切强度,不仅能有效缓解材料的动态损伤,提升材料反侵彻效能,同时又可以促进陶瓷复合装甲材料轻质化发展,所以陶瓷/金属功能梯度装甲材料得到了材料界(尤其是兵器材料科学界)的高度重视与深入研究,成为今后陶瓷复合装甲材料的发展趋势之一[12]㊂目前国外科研人员研究的防弹用陶瓷-金属功能梯度复合材料主要有T i-T i B2体系以及A l2O3/A l㊁S i C/A l㊁B4C/A l㊁S i3N4/A l等复合体系㊂国外研究人员分别从功能梯度材料的制备㊁材料的动态力学性能㊁应力波在功能梯度材料内的传播以及裂纹的扩展等方面展开研究㊂近年来我国许多高校和研究所也相继开展了对功能梯度复合装甲的研究,国内的主要研究单位有北京理工大学㊁西北工业大学㊁沈阳金属所等㊂目前研究的防弹用功能梯度复合材料体系主要有A l2O3/A l㊁S i C/ A l㊁B4C/A l㊁S i3N4/A l等复合体系㊂国内研究人员分别从功能梯度材料的制备㊁材料的动态力学性能与组份分布规律的关系㊁材料的抗弹性能等方面展开研究,并取得了一定的进展[13]㊂4发展趋势目前,装甲陶瓷材料研究的重点是解决其韧性差及成本高的问题㊂美国在降低陶瓷成本方面取得了较大进展,如采用微波烧结技术极大地提高了生产效率,大幅降低了材料成本,并实现了S i C和T i B2陶瓷材料的规模化生产㊂提高装甲陶瓷材料性能方面主要途径有:1)用连续碳纤维增韧补强的S i3N4比纯S i3N4的断裂韧性提高4倍,S i C纤维/S i C可比纯S i C的应变量增大9倍㊂对于S i C w/A l2O3复合材料,当晶须的体积分数为20%以下时,其断裂韧性与晶须含量呈较好的线性关系㊂金属与陶瓷复合可明显提高装甲材料的韧性,如用S i C或B4C颗粒增强铝㊂美国D OW化工公司采用快速全面压实工艺制造了B4C/A l复合装甲,其抗弹极限可达热压B4C的80%~90%,而韧性比单一的B4C好得多㊂另外,塑料陶瓷是一个新的研究领域,它系由陶瓷颗粒为主体(约占总质量的85%),以高聚物做胶粘剂混合而成,它只须采用一般聚合物成形加工技术㊂在等质量基础上比较,这种塑料陶瓷比纯陶瓷具有更好的抗弹性能,且可承受多发弹丸侵彻㊂2)梯度功能材料(F GM)是通过精心设计和采用特殊的工艺,使陶瓷与金属的复合物组分㊁结构能连续地变化,由陶瓷侧过渡到金属侧形成了一种物性参数也连续变化的复合材料㊂F GM的制备可采用化学气相沉积法(C D V)㊁物理蒸镀法(P V D)㊁薄膜叠层法㊁等离子喷涂法㊁自蔓延高温合成法(S H S)及颗粒梯度排列法等,其中以薄膜叠层法效果较好㊂已制成的F GM有S i C-C㊁T i C-T i㊁S i C-A l㊁B e4B-B e㊁T i C-N i等,当以B e4B-B e制作装甲板时,从外表面到中心部位只含B e4B,然后以弥散方式加入B e,到背面为B e4B-10v o l%B e㊂这比陶瓷面板和金属背板组合的复合装甲抗弹性能要好得多㊂3)陶瓷材料的脆裂与其结构敏感性密切相关,其断裂往往始于表面或近表面处的缺陷㊂因此,必须尽可能消除其表面缺陷㊂诸如采用机械化学抛光㊁表面微氧化㊁气相沉积和激光表面处理等,都可改善表面状态,提高陶瓷的韧性㊂20世纪80年代以来,人们采用离子注入法对A l2O3㊁S i C㊁S i3N4㊁Z r O2陶瓷材料的性能进行了研究㊂在A l2O3表面注入N i㊁C r㊁T i㊁Z r㊁Y 等离子可提高其表面硬度约50%,离子注入法也可使S i C和S i3N4的弯曲强度提高20%~30%[14]㊂5结语不同的装甲材料对反装甲武器的攻击有着不同的反应,单一均质材料构成的装甲通常只能防护特定的反装甲武器㊂为了能够应对越来越复杂的实际需求,同时防护多种反装甲武器,复合装甲的研究已成为必然趋势㊂陶瓷复合装甲作为其中的佼佼者,将朝着更高强度㊁更高韧性㊁更低廉的价格㊁更简易的制备工艺等方向发展㊂随着陶瓷复合装甲研究的进展,能让我国陶瓷复合装甲技术水平得到飞跃性的提高,对我国国防领域技术会产生积极影响㊂参考文献[1]胡丽萍,王智慧,侯圣英,等.大倾角陶瓷复合装甲抗弹性能研究[J].兵工自动化,2010,29(2):12-13.[2]郭丽.高性能轻质装甲材料加工技术的研究:[硕士学位论文][D].南京理工大学,2006.[3]吴燕平,燕青芝.防弹装甲中的陶瓷材料[J].兵器材料科学与工程,20174(4):135-140.[4]陈刚.陶瓷复合装甲材料的应用研究[J].中国战略新兴产业,2019(4):35.[5]孙川,万春磊,潘伟,等.反应烧结B4C/A l2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究[C].无机材料学报,2018,33(5):545-549.[6]曹连忠,刘国玺,燕东明,等.高防护系数S i 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新型复合材料在战车装甲上的应用
20世纪90年代
随着科技的发展，复合装 甲的性能得到进一步提升， 成为现代战车装甲的主流 选择。
02
新型复合装甲的优势与特性
高抗穿甲性能
01
新型复合装甲采用多层复合结构 ，能够有效抵抗高速穿甲弹的攻 击，提高战车的抗穿甲能力。
02
通过优化装甲材料的组合和排列 ，新型复合装甲能够更有效地吸 收和散射弹头的能量，降低对车 内设备和人员的伤害。
复合装甲中的陶瓷层具有高硬度和抗冲击性能，能够有效破 碎和散射弹头，降低对车内设备和人员的伤害。
制造工艺与成本
新型复合装甲的制造工艺相对复杂，需要采用先进的材料 制备和加工技术，因此成本相对较高。
随着技术的不断进步和规模化生产，复合装甲的成本有望 进一步降低，使其在战车上的应用更加广泛。
03
新型复合装甲在战车上的应用实例
非金属装甲
非金属装甲通常采用橡胶、聚乙烯 等材料，能够吸收部分冲击能量， 提高防护能力。
复合装甲的发展历程
01
02
03
20世纪50年代
复合装甲的初步概念出现， 人们开始意识到将不同材 料组合起来可以提高装甲 的保护效果。
20世纪70年代
复合装甲开始进入实用阶 段，一些国家开始在坦克 等战车上应用复合装甲。
轻量化设计
新型复合装甲采用高强度轻质材料，如陶瓷和复合装甲，能够显著减轻装甲重量 ，降低战车的整体重量。
轻量化设计有助于提高战车的机动性和作战能力，减少燃料消耗和运输成本，同 时减轻对车辆动力的要求。
良好的防弹性能
新型复合装甲具有良好的防弹性能，能够有效抵御不同角度 和速度的弹药攻击，提高战车乘员的生存率。
步兵战车
在步兵战车上应用复合装 甲，能够有效防御地雷和 简易爆炸装置的攻击，提 高人员安全性。
陶瓷UHMWPE层合板阻尼材料复合靶板防弹性能研究
DO1：10.19936/ki.2096-8000.20210428.010陶瓷/UHMWPE层合板/阻尼材料复合靶板防弹性能研究周越松，梁森*,王得盼，刘龙(青岛理工大学机械与汽车工程学院，青岛266520)摘要：提出一种由碳化硼陶瓷、UHMWPE层合板、阻尼材料构成的复合靶板。
应用LS-DYNA动力学软件进行数值仿真分析,研究该靶板在12.7mm穿甲爆炸燃烧弹高速冲击下的性能，并通过实验对数值模拟进行可行性验证。
进一步研究靶板抗侵彻性能随结构几何参数变化的关系，探究阻尼材料的最佳分布位置和最佳厚度。
结果表明：随着陶瓷厚度增大，靶板吸收子弹动能和弹道性能指数呈线性增加;在UHMWPE层合板厚度较大时，增加其厚度对靶板抗侵彻性能的提升更明显；同等面密度条件下，与提高陶瓷或者UHMWPE层合板的厚度相比，涂刷1mm背层阻尼材料时，复合靶板弹道性能指数最高，抗高速侵彻性能最好，为阻尼材料作为减震层在抗高速冲击领域的广泛应用奠定了基础。
关键词：阻尼材料；复合靶板；数值仿真分析；高速冲击；复合材料中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)04-0066-091引言随着科学技术的进步，反装甲武器毁伤效能不断提升,对防护装甲的“轻量级”与“防护性”要求越来越高［1］。
因此，研发防护能力更好、更轻质的防弹靶板迫在眉睫。
目前关于防弹靶板的研究大多集中在防弹新材料和防弹靶板复合结构上。
王亚进等［2］提出了陶瓷/芳纶纤维复合材料防弹板,通过数值模拟方法研究该防弹板抗子弹高速冲击的性能，并对该结构进行优化,为后续轻质复合装甲的研究设计提出了研究方向。
甄建伟等［3］研究了阵列式陶瓷颗粒破片防护层的透波特性，通过采用数值模拟的方法，说明了这种特殊的结构具有降低冲击波破坏的作用。
江怡等⑷用数值分析的方法探究了不同陶瓷种类的抗侵彻性能，深度剖析了陶瓷的抗侵彻原理，为复合靶板中陶瓷材料的选择提供了理论参考。
穿甲现象和抗弹能力的表征
穿甲现象和抗弹能力的表征各种穿甲弹都是利用长身管火炮发射它时所获得的高速飞行动能来穿头装甲和起杀伤作用的。
弹丸在冲击装甲前具有的动能为W=1/2*M*Vc^2 （5-1）公式中m——弹丸质量；Vc——弹丸冲击装甲的速度。
弹丸的动能在穿甲过程中消耗于许多方面，包括破坏装甲、弹丸本身的变形、装甲板的弹性振动、碰撞及摩擦发热等。
其中，破坏装甲做功是主要的。
从力学的观点看，装甲受破坏的应力可能有以下几种；延性挤压：σx=F/π*d^2环形剪切：τ=F/π*d*b张应力破裂：径向：σn周向：σm式中 F——弹丸对装甲的作用力；d——弹丸直径；b——装甲厚度。
当弹丸碰撞装甲时，这几种应力都同时出现，但其中那一种首先达到极限值造成破坏，随弹丸和装甲的材料性质和尺寸等不同而不同。
实际的装甲损坏形式有如下的概约规律：1、延性扩孔：主要由于挤压应力σx起作用，金属受弹丸挤压塑性流动，有的堆集在入口处，有的从出口处挤出，孔径约等于弹径d。
这一般发生在装甲较厚而韧、弹较尖而硬，和装甲厚b稍大于d时。
2、冲塞穿孔：主要是超过剪切应力τ所起的破坏作用，装甲被弹丸冲出一块大体成圆柱形的塞子，其出口稍大于弹径d。
这一般发生在中等厚度的装甲具有相当硬度，弹头较钝，装甲板厚略小于弹径时。
3、花瓣形孔：主要是周向张应力σm的作用，出现径向裂纹，装甲板卷向孔后，孔径约等于弹径约等于弹径d。
这一般发生在装甲薄而韧，弹丸速度较低时。
4、整块崩落：当装甲不太厚和韧性比较差时，主要由于径向应力σn的作用，产生圆周形裂纹，装甲被穿成超过弹径若干倍的大洞。
5、背后碎块：当较厚装甲的强度足够而韧性不足时，弹丸命中所产生的震动应力波可使装甲背面崩落碎块，并飞出起杀伤作用。
这时板前的孔不大，也可能未穿透。
实际出现的穿甲现象也可能是以上几种情况的不同综合。
一般穿甲弹在一般装甲的厚度和硬度条件下，穿甲孔主要是前二种情况的综合。
即先延性扩孔，当穿甲弹进行到装甲剩余厚度略小于弹径时，继之以冲塞成孔。
反应装甲与陶瓷复合装甲集成技术研究探讨
第26卷第1期爆炸与冲击V o l.26,N o.1 2006年1月E X P L O S I O N A N DS H O C K WA V E S J a n.,2006文章编号:1001-1455(2006)01-0021-06反应装甲与陶瓷复合装甲集成技术研究探讨*赵慧英1,沈兆武1,刘天生2(1.中国科学技术大学机械与力学工程系,安徽合肥230027;2.华北工学院环境与安全工程系,山西太原030051)摘要:为了得到抗弹性能较好的装甲,将反应装甲与陶瓷复合装甲集成。
由长杆弹侵彻复合装甲的理论和撞击反应装甲时的动量定理,得出计算模型。
据此模型进行了侵彻深度的数值计算,并证明相同面密度的集成装甲的抗弹性能明显优于陶瓷复合装甲。
根据此计算模型对集成装甲进行优化设计,以得到较轻和抗弹性能较好的装甲。
关键词:爆炸力学;侵彻效应;集成装甲;反应装甲;陶瓷复合装甲中图分类号:O385国标学科代码:130·3530文献标志码:A1引言爆炸式反应装甲的基本结构是在两块金属板中夹一层钝感混合炸药。
当射流或动能弹丸倾斜撞击反应装甲时,使炸药起爆,炸药爆炸驱动金属板沿着其法线方向作加速运动,运动的板子与射流或动能弹丸不断作用,使射流受到严重干扰,动能弹丸发生偏转甚至断裂,从而降低射流或动能弹丸对主装甲的侵彻能力。
爆炸式反应装甲是目前加强坦克、步兵战车防护力的一种重要手段。
第一代反应装甲的主要用途是干扰破甲弹射流的侵彻作用,可使其穿深损失达30%～60%,而对杆式穿甲弹基本上没有干扰作用。
第二代反应装甲可使杆式穿甲弹穿深损失达16%～67%[1]。
但是,随着穿甲弹杆材料和长细比的不断改进,对反应装甲的发展提出了挑战。
陶瓷复合装甲利用陶瓷的低密度效应、吸能效应、磨损效应、动力学效应,抗穿甲弹的质量有效系数比钢装甲的高,且具有高的高温强度,良好的耐热性。
陶瓷复合装甲抗弹过程是陶瓷与弹作用耗能过程,陶瓷材料的耗能机制主要是粉碎耗能机制、机械化学耗能机制、声速效应。
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当弹 着 点 在“ 界 区 ” 不 能 形 成 陶 瓷锥 ， 边 时 靶板 的抗 弹 能 力 显著 下 降 。 关 键 词 ： 丸 ； 合 装 甲 ； 道 试 验 ； 弹性 能 弹 复 弹 抗
中 图分 类 号 ： Ｊ １ ． ； ３ ５ Ｔ ８ ０４ ０ ８ 文 献标 志码 ： Ａ
Ｅｘ ｒ ｍ ｅ ｎ Ｂａ ｌｓ ｉ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｅ ｅ ｔＩ ｐ ｃ ｐｅ ｉ ｎｔｏ ｌｉ ｔｃ Ｐｒ ｐｅ ｔ ｆＤｉ ｆ ｒ ｎ ｍ ａ ｔ
５ ， 尔 ２ ９系 列 ， Ｏ贝 ０ ＵＨ 一６ Ｏ和 Ａ１ ９以 及 美 国 的 ２
１ 试验 设 计
采用 ５ ４式 １ ． ｍｍ 弹 道 枪 发 射 全 装 药 ５ ２７ ４式 １ ． ｍｍ 穿 燃 弹 ， 直 侵 彻 复合 靶 ， 道距 离 为 ８ ２７ 垂 靶 ｍ， 弹体着靶速 度 为 ７ ６ ９ ｍ／ ， ８ ￣７ ４ ｓ 采用 锡箔 靶和 电子测 时仪测速 。５ ４式 １ ． ｍｍ 穿 燃弹 的主要 技术参 数见 ２７
ｌ ｃ ｔ ｎ ｏ ｈ ｃ ａ ｉｍ ｆｔ ｅｃ ｒ ｍｉ ｂ ａ ｅ ｌ ｔ ｓｉ ｏ ｔ ｎ ． ｏ ａｉ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｈ ｅ ａ ｃ ｅ ｒ ｒ ｐ ａ ｅｉ ｍｐ ｒ ａ ｔ ｏ
Ｋｅ ｗｅｄ ：ｒ ｒｐｅｃｎ ｒｊｃｉ ；ｃ ｍｐ ｓｔ ｒ ｒ ａｌ ｔ ｘ ｅｉ ｎ ；ｂ ｌｓｉ ｒ ｐ ｒｙ ｙ ｒｓ ａｍｏ－ ｉｒｉｇ ｐ ｏｅ ｔｌ ｏ ｏ ｉ ａｍｏ ；ｂ ｌｓｉ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ａｌ ｔｃｐ ｏ ｅｔ ｅ ｅ ｉ ｃ ｉ
表 １ 。
表ｌ ５ ４式 １ ．ｎ ｎ穿燃 弹 的主 要 技 术参 数 ２７ｕ
Ｒ ＡＨ 一 ６科 曼 奇 等 都 采 用 了这 种 轻 型 陶 瓷 复合 装 ６
甲［ ２。近年来 ， 国装 甲铝 合 金及 轻 型复 合装 甲在 １］ － 我
胡 丽 萍 ， 和 平 ， 智 慧 ， 圣英 ， 王 王 侯 满 红
（ 国 兵 器科 学 研 究 院 宁 波分 院 ，山东 烟 台 ２ ４ ０ ） 中 ６ ０ ３
摘
要 ： 优 化设 计 陶瓷 ／ 为 高强 钢 ／ 合 金 复合 装 甲板 ， 究 了 陶瓷 ／ ／ 合 金 复 合 结 构 中 陶瓷 面板 不 同 区 域 铝 研 钢 铝
和穿 孔模 式 ， 今后 的机 理 分 析 、 论计 算 和数 值模 为 理
Ｏ 引言
陶瓷复合装 甲 已经 被广 泛 应 用 于各 国 的主 战坦
拟提 供依据 。
克 防护体系 。 目前 我 国 的主 战 坦 克 已采 用 了陶瓷 复
合装 甲技术 。 以美 、 为代 表 的 军 事 大 国对 陶瓷／ 俄 铝 合金 的研究 和应用水 平处 于领先 地位 ， 如前 苏联 的卡
抗 １． ｍｍ 穿 甲子 弹 垂 直侵 彻 的性 能 。通 过 弹道 试 验 得 到 装 甲 的垂 直 穿 深 、 背 板 的变 形 和 穿 孔模 式 等 。结 ２７ 钢
果表 明 ， 弹着 点 对 靶 板 抗 弹 机理 有重 要 影 响 ， 弹着 点 在 “ 中心 区 ” “ 心 区 ” ， 以形 成 陶 瓷锥 ， 碎 区完 整 ， 和 偏 时 可 粉
第 ３卷 Ｏ
第５ 期
弹
箭
与
制
导
学
报
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ５ １３ ．
０Ｃ １ ｔ２０ ０
２ ０年 ｌ ０１ Ｏ月 Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＰｒｊｃｉ ｓ ｏ ｒ ａ ｏｅｔｌ ，Ｒｏ ｋ ｔ，Ｍｉｓｌｓａ ｄ Ｇｕｄ ｎ ｅ ｏ ｅ ｃ ｅｓ ｓｉ ｎ ｉａ ｃ ｅ
陶瓷 复合 装 甲不 同区域 抗弹 丸穿 甲能 力试 验 研究
Ｌｏ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｍ ｉ ｍ ｐｏ ｉｅＡｒ ｏ ｃ ｔｏ ｆＣｅ ａ ｃＣｏ ｓｔ ｍ ｒ
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