复合材料.PPT

钨合金穿甲弹芯
强韧化方法： 强韧化方法： 加入稀土元素等， ●成分优化 加入稀土元素等，达到细 化晶粒， 化晶粒，提高力学性能 ●对钨粉进行化学气相沉积，镀覆一层 对钨粉进行化学气相沉积， 均匀的金属镀层，使烧结时间缩短， 均匀的金属镀层，使烧结时间缩短，提 高强度， 高强度，改善韧性 ●研制变性能或变密度或两者兼顾的新 型钨合金弹芯，以适应侵彻多层装甲。 型钨合金弹芯，以适应侵彻多层装甲。
铀合金穿甲弹芯
●射击试验： 射击试验： GAU-8航炮铀合金穿甲弹在 航炮铀合金穿甲弹在800m外从 航炮铀合金穿甲弹在 外从 空中攻击22辆苏制 辆苏制T62坦克后上部，结 坦克后上部， 空中攻击 辆苏制 坦克后上部 果击毁8辆 重创7辆 果击毁 辆，重创 辆，有6辆需现场修 辆需现场修 理才可使用， 辆脱靶 辆脱靶。 理才可使用，1辆脱靶。
●1994年，瑞典国防研究院研究铝基复合 年 材料用作装甲的可行性，结果如下： 材料用作装甲的可行性，结果如下： 试验材料： 铝合金； 试验材料：6061和2014铝合金； 和 铝合金 增强体：氧化铝颗粒、碳化硅颗粒； 增强体：氧化铝颗粒、碳化硅颗粒； 试验结论： 试验结论：当6061-T6中强度铝合金 中强度铝合金 防护系数为1时 防护系数为 时，用15%（体积）氧化铝增 （体积） 强的铝基复合材料防护系数达1.23；用 强的铝基复合材料防护系数达 ； 30%（体积）碳化硅增强的铝基复合材料 （体积） 防护系数达1.68. 防护系数达
9.4.8 防弹陶瓷
陶瓷材料以其低密度、高硬度、 陶瓷材料以其低密度、高硬度、高模量 低密度 等特点， 等特点，在高速冲击下所表现出来的良好动 态性能， 态性能，在提高装甲防护能力方面发挥着越 来越重要的作用， 来越重要的作用，世界上许多国家都把抗弹 陶瓷作为一项尖端技术，加以广泛重视。 陶瓷作为一项尖端技术，加以广泛重视。
美M1A1坦克的贫铀装甲
贫铀合金的冶炼、 贫铀合金的冶炼、热处理和 装甲块的制造， 装甲块的制造，是制造贫铀装甲 的关键，美国对此技术高度保密， 的关键，美国对此技术高度保密， 外界至今仍无从得知。 外界至今仍无从得知。 安装贫铀装甲的 M1A1坦克 坦克
9.5 弹药材料
弹药材料技术上发展的主要特点是“ 弹药材料技术上发展的主要特点是“高” ●高密度穿甲弹芯合金 ●高强度高破片率弹体钢 ●高燃烧能力合金
高密度金属基复合材料弹芯
现代装甲的发展， 现代装甲的发展，要求弹芯材料既 能对付单层均质靶，又能侵彻间隔靶， 能对付单层均质靶，又能侵彻间隔靶， 而钨合金、 而钨合金、铀合金弹芯对付这两种靶板 都各有其弱点。 都各有其弱点。 高密度金属基复合材得料弹芯就是 在这种条件下得到发展的。 在这种条件下得到发展的。
高密度穿甲弹芯材料
可选用的高密度材料： 可选用的高密度材料：钨合金和铀合金 ●钨合金主要缺点是塑性较差，但仍然 钨合金主要缺点是塑性较差， 是当前各种口径穿甲弹芯、 是当前各种口径穿甲弹芯、预制破片弹 药的主要材料。 药的主要材料。 铀合金与钨合金相比加工较简单， ●铀合金与钨合金相比加工较简单，成 本较低，但贫铀合金存在一定放射性。 本较低，但贫铀合金存在一定放射性。
贫铀合金与贫铀装甲
贫铀是制造铀燃料过程中经燃烧后产 生的铀杂质。 生的铀杂质。其主要成分是不具放射性的 铀238，故称“贫化铀”，简称“贫铀”。 ，故称“贫化铀” 简称“贫铀” 但纯贫铀的硬度和强度都不高， 但纯贫铀的硬度和强度都不高，必须添加 别的成分制成贫铀合金，再经过热处理。 别的成分制成贫铀合金，再经过热处理。 把贫铀合金制成网状结构嵌入钢质基体内 做成装甲块，然后嵌入坦克外壳， 做成装甲块，然后嵌入坦克外壳，就成为 贫铀装甲， 贫铀装甲，
美M1A1坦克的贫铀装甲
贫铀装甲于1988年由美国发明，用于 年由美国发明， 贫铀装甲于 年由美国发明 M1A1坦克及其改进型 坦克及其改进型M1A2，这一研究成果 坦克及其改进型 ， 世纪80～ 年代坦克装甲技术发展史上 是20世纪 ～90年代坦克装甲技术发展史上 世纪 最重要的进展之一。 最重要的进展之一。M1A1坦克安装贫铀装甲 坦克安装贫铀装甲 的部位是车体前部和炮塔， 的部位是车体前部和炮塔，贫铀装甲被安装在 两层钢板之间。在海湾战争中， 两层钢板之间。在海湾战争中，美国陆军派出 大量M1A1式坦克参战。不仅伊拉克的苏制 式坦克参战。 大量 式坦克参战 不仅伊拉克的苏制T72坦克发射的 坦克发射的125毫米炮弹未能击穿 毫米炮弹未能击穿M1A1坦 坦克发射的 毫米炮弹未能击穿 坦 克的贫铀装甲，而且在几起误伤事故中， 克的贫铀装甲，而且在几起误伤事故中，友军 坦克发射的120毫米贫铀穿甲弹也没有把这种 坦克发射的 毫米贫铀穿甲弹也没有把这种 装甲击穿。 装甲击穿。
●弹道实验试验结论 当装甲钢抗动能弹和空心装药弹的防 护系数为1时 护系数为 时，用氧化铝颗粒增强的 A356铝合金基复合材料，相应防护系数 铝合金基复合材料， 铝合金基复合材料 为1.62和2.68；用碳化硅增强的 和 ；用碳化硅增强的2014 铝合金基复合材料， 铝合金基复合材料，相应防护系数分别为 1.75和3.09（陶瓷为 和 （陶瓷为1.8和2.8）。 和 ）。 即铝基复合材料抗弹性能超过装甲钢， 即铝基复合材料抗弹性能超过装甲钢， 达到陶瓷水平
陶瓷用作防弹材料的发展历史
世纪70年代 ●20世纪 年代，美国等西方大国发展 世纪 年代， 了由陶瓷面板与先进复合材料背板组成的 抗弹陶瓷复合装甲。并广泛应用在坦克、 抗弹陶瓷复合装甲。并广泛应用在坦克、 装甲车辆和军用飞机上。 装甲车辆和军用飞机上。如英国挑战者坦 美国M1A2坦克、A-4攻击机、AH坦克、 攻击机、 克、美国 坦克 攻击机 64D攻击型武装直升机、UH-60、 攻击型武装直升机、 攻击型武装直升机 、 RAH-66武装直升机等装备上。 武装直升机等装备上。 武装直升机等装备上 ●目前，陶瓷已用作主战坦克间隙复合装 目前， 甲夹层材料，借助其高熔点等特性。 甲夹层材料，借助其高熔点等特性。
9.5.1 高密度穿甲弹芯材料
侵彻机理：弹靶间高速碰撞时， 侵彻机理：弹靶间高速碰撞时，弹 芯侵彻靶板的深度与其材料密度的平方 根成正比。 根成正比。所以 增大弹芯材料的密度也就增大了弹 芯动能，提高了弹芯侵彻能力。 芯动能，提高了弹芯侵彻能力。 高密度穿甲弹芯材料从20世纪 高密度穿甲弹芯材料从 世纪70 世纪 年代起得到迅速发展和应用
钨合金穿甲弹芯
合金系： 合金系：W-Ni-Fe系合金 系合金 生产方法：粉末冶金法 生产方法： 影响性能的主要因素：材料成分、 影响性能的主要因素：材料成分、加工 工艺（包括烧结气氛、烧结温度、时间、 工艺（包括烧结气氛、烧结温度、时间、 冷却速度、烧结后处理、 冷却速度、烧结后处理、形变强化及预 应变时效）、微观结构等。 ）、微观结构等 应变时效）、微观结构等。
贫铀弹在战争中的使用情况及其所造 成的危害
贫铀武器装备部队之后， 贫铀武器装备部队之后，由于没有发生大规模的地面战 这种威力极大的武器一直没有“用武之地” 直到１９ 争，这种威力极大的武器一直没有“用武之地”。直到１９ ９１年的海湾战争 贫铀弹才名声大振。海湾战争中， 年的海湾战争， ９１年的海湾战争，贫铀弹才名声大振。海湾战争中，美军 及其盟国部队共投放了近１００万枚贫铀弹， １００万枚贫铀弹 及其盟国部队共投放了近１００万枚贫铀弹，取得了摧毁伊 军数千辆坦克的辉煌战绩。 军数千辆坦克的辉煌战绩。同时由于美军坦克加装了贫铀合 金的复合装甲，其坦克无一辆被击毁。１９９４年的波黑战 金的复合装甲，其坦克无一辆被击毁。１９９４年的波黑战 争中，以美国为首的北约部队又使用了１万多枚贫铀弹， 争中，以美国为首的北约部队又使用了１万多枚贫铀弹，１ ９９９年的科索沃战争中 北约又使用了３万多枚该型弹药。 年的科索沃战争中， ９９９年的科索沃战争中，北约又使用了３万多枚该型弹药。
贫铀弹在战争中的使用情况及其所造 成的危害
铀对人类健康的影响已成为不争的事实。 铀对人类健康的影响已成为不争的事实。一些受贫铀污 染的士兵都被诊断出肾方面的疾病。主要表现为多尿症、 染的士兵都被诊断出肾方面的疾病。主要表现为多尿症、血 管球性肾炎、肾功新调查表明，伊拉克战后的 的癌症死亡率是战前的十倍。其中受害最重的是儿童， 的癌症死亡率是战前的十倍。其中受害最重的是儿童，癌症 死亡率高达千分之十六。 死亡率高达千分之十六。
陶瓷复合材料
●陶瓷材料主要问题是韧性差和成本高 ●美国在降低成本方面已取得较大进展， 美国在降低成本方面已取得较大进展， 如采用微波烧结技术大大提高生产率，大 如采用微波烧结技术大大提高生产率， 幅度降低材料成本（ 幅度降低材料成本（约75%）。 ）。 ●增韧的途径主要是发展陶瓷基复合材料， 增韧的途径主要是发展陶瓷基复合材料， 如颗粒增强碳化硼/碳化硅 碳化钛/碳 碳化硅、 如颗粒增强碳化硼 碳化硅、碳化钛 碳 化硅、硼化钛/碳化硼 碳化硼、 化硅、硼化钛 碳化硼、碳化硅晶须增强 的碳化硅/氧化铝等 氧化铝等。 的碳化硅 氧化铝等。
9.4.9 贫铀装甲
侵彻机理研究表明， 侵彻机理研究表明，长杆式穿甲弹芯一 定长度情况下， 定长度情况下，其侵彻深度与靶板材料密度 的平方根成反比。因此， 的平方根成反比。因此，提高靶板材料密度 将降低长杆式穿甲弹的侵彻深度。 将降低长杆式穿甲弹的侵彻深度。 贫铀装甲即为掺杂了贫铀金属的复合装 铀的密度为钢的2.5倍，且铀合金可获 甲。铀的密度为钢的 倍 得高强度、高韧性， 得高强度、高韧性，有利于提高靶的抗侵彻 能力。 能力。
铝合金防护系数为1.56 当2014-T6铝合金防护系数为 铝合金防护系数为 时，用20%（体积）碳化硅增强的 （体积） 2014铝合金基复合材料防护系数达 铝合金基复合材料防护系数达3.36. 铝合金基复合材料防护系数达 以上试验结果说明： 以上试验结果说明：
（1）铝基复合材料抗弹性能高于未增强的 ） 铝合金；（ ；（2）中等强度6061-T6铝合金用陶 铝合金；（ ）中等强度 铝合金用陶 瓷增强后，抗弹性能（防护系数1.68）相当于 瓷增强后，抗弹性能（防护系数 ） 高强度7075-T6铝合金（防护系数1.60）； 高强度 铝合金（防护系数 ）； 铝合金 铝合金用陶瓷增强后， （3）2014铝合金用陶瓷增强后，其防护系数 ） 铝合金用陶瓷增强后 增加1倍以上 倍以上。 增加 倍以上。
铀合金穿甲弹芯
世纪60年代开始应用研究 ●20世纪 年代开始应用研究，80年 世纪 年代开始应用研究， 年 代初取得成果。 代初取得成果。 ●美国用铀-钛合金 美国用铀 钛合金 制造25mm链式炮 制造 链式炮 和GAU-8式 式 30mm航炮用的穿 航炮用的穿 甲弹， 甲弹，取得了突破 性成功。 性成功。
几种材料抗弹性能对比：
材料 抗穿甲防弹系数 抗破甲防弹系数
装甲钢 树脂基复 合材料 抗弹陶瓷
1.6 2.5 3.0-3.5
1.8 4.0 5.5-6.0
陶瓷用作防弹材料的发展历史
●1918年，人们发现在金属表面覆一层 年 薄而硬的瓷釉面，可显著提高其抗弹性能 薄而硬的瓷釉面， ●1962年，Goodyear航空航天公司研 年 航空航天公司研 制出具有高硬度表面材料的复合装甲， 制出具有高硬度表面材料的复合装甲，并 对陶瓷复合装甲抗弹机理进行了深入研究， 对陶瓷复合装甲抗弹机理进行了深入研究， 成功将其应用到装甲车辆、主战坦克， 成功将其应用到装甲车辆、主战坦克，及 防弹背心、头盔、轻型防弹板等方面。 防弹背心、头盔、轻型防弹板等方面。
9.4.7 金属基复合材料装甲
目前高级复合材料正逐渐取代钢、 目前高级复合材料正逐渐取代钢、铝 合金装甲。轻质复合材料是防御中、 合金装甲。轻质复合材料是防御中、小口 径穿甲弹、 径穿甲弹、炮弹破片及坦克车辆内部防二 次效应的重要材料（如抗崩落背衬、 次效应的重要材料（如抗崩落背衬、防辐 射内衬、隔舱板、防弹背心、头盔等）。 射内衬、隔舱板、防弹背心、头盔等）。