金属封装陶瓷复合装甲研究进展
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收稿 日期 ：０ ７ ０ — ４ 修 回 日期 ：０ ７ １— ０ ２０—６ １： ２０ — ２ ２
作 者 简介 ： 辉 （９ ３ ， ， 程 师 ， 韩 １７一）女 工 从事 战 车 防 护 总体 设 计 及装 甲材 料 的 应用 研 究 。Ｅ ｍ ｉ：ｕｈｎ ｈ ２ ． ｍ。 — ａｌｈ ｉａｈ ＠１６ ｏ ｃ
特点在 于 陶瓷块被 封装在 金属 面板 、金属背 板 和金属
背板上 放置好 金属 框 。在金属 框 中放 入烧结 陶瓷需要
的粉料 以及 渗透剂 和反应 剂等 ．盖好 面板 ．再进 行烧
结 。在 烧结 过程 中 ， 发生 原位 反应形成 陶瓷 体 。 同时 陶
框里 面 ， 陶瓷 块在各 个方 向均受 到金属 的约 束 （ 见 图 详
Ｋｅ ｙ
：ｕｌｔ ｐｏ ｆｃ ｒｍｉ－ ｔｌ ｏ ｏｉ ｒ ｒｒｖｅ ｅ ｃ ｐ ｕａｉｇ ｂ ｌ － ｒｏ ；ｅａ ｃ ｍｅａ ｍｐ ｓｔ ａｍｏ ；ｅ ｉｗ；ｎ ａ ｓ ｌｔ ｅ ｃ ｅ ｎ
陶瓷材 料 因具 有高抗压 强度 和低密度 的 突出特性 而引起 了大量关注 。现如今 已经越 来越 广泛 的应用 于 防弹领 域… 如人 体 防护 、 ， 飞机 、 船 、 舰 坦克 装 甲车 辆等
的结合 。
２３ 金 属 热 喷 涂 沉 积 法 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ．
该 制备 方法是 预先将 陶瓷 体烧结 成 型 。然 后采 用
在 陶瓷体表 面进行 金属 沉积形 成金 属外套 的方 式 实现
对 陶 瓷的包 裹 。 这种方 法适 用于 制备 防御小 口径 弹丸 。
Ｌ 竺 — 一 ！
且 金 属涂层 较薄 的复合 装 甲 ，对于 较厚 的金属 涂覆 层
瓷体 与金属 框结合 紧密 。 种方 法 ， 用事先 制备符 这 不
合尺寸 要求 的 陶瓷 体 ，陶瓷块 的制备 需要 热压 或热 等
静 压过 程来 形成 ，同时 由于不 存在 陶瓷体 与金 属框 之
１ 。当复合装 甲受 到弹丸 撞击 时 ，由于陶瓷 被严 格 限 ）
定， 只有裂纹 而无扩 容 ， 于是弹 丸需要耗 散更 大 的能量 来不 断粉碎前 端 的陶瓷 ， 同时增 加 了弹丸驻 留时 间 ， 从
高硬度 、 弹性 模量来 满足装 甲要求 的抗侵 彻能 力 ； 高 利 用 金属或纤 维复合 材料 的韧 性及延 展性来满 足装 甲要 求 的抗 冲击 能 力和抗 崩 落 能力［３ ２１ 如 Ａ ｉ －。例 １ ，ＳＣ， ０ ＢＣ，ｉ 陶瓷材 料具 有极 高 的硬度 ， 们作 为 面板 Ｓ， 等 Ｎ 它 首 先会使 弹芯 破碎 ； 背板材 料 如铝合 金 、 合金 、 而 钛
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兵 器 材 料 科学 与工 程
第 ３ 卷 １
瓷复合 装 甲 ，陶瓷 会得到 来 自各个 方 向的最 大程 度 的
增 加 的组件 是刚性 背衬层 ， 放置 部位是 在 陶瓷体 背面 ． 通 常连 续 陶瓷纤维 和 陶瓷颗粒 增强 的金属基 复合 材料 被 用作 装 甲陶瓷 的刚性 背衬层 ．其抗 弯 曲性 能 可进一 步提 高陶瓷 的性能 。
间尺 寸是否 配 的问题 ，因此 对金属 框 的尺寸 精度要 求 就 不 是 太苛 刻 。 而 且 在 烧 结过 程 中 ，陶瓷 粉 体 中
加入 了各种 添加剂 ．因而有助 于 陶瓷和金 属框 界面处
而延缓 陶瓷 碎裂 。 因此可 以提高装 甲抗 弹能 力 ． 其是 尤 抗 多发弹 能力㈣。此外 ， 金属封 装 陶瓷 复合 装 甲 中 ， 在 由于金属 和陶瓷 体的紧密结合 ． 不仅使 陶瓷体的抗 弹性 能有所增强 。 而且使金属背板 的防弹效果也得到增强 。
芳纶、Ｈ Ｕ ＭＷＰ Ｅ复合材料 ， 由于具 有 高韧性 ． 能够 捕获
陶瓷破片和残余 弹 丸。 然而 ， 种结构 只是简单 的层叠 复合结 构 ， 这 复合 装 甲的周边没有 约束措施 。因此这种结 构在抗 弹性 能方 面 表现 出了明显 的不 足［ 因为在层 状结构 中 的不 同材 ６ １ 。 料界 面处存在较 大阻抗差别 ．而入 射 的压力 波 在这种 界面 处主要分解 为三部分【 纵 向的透射 波和反射 波 以 ７ 】 ：
ｍａｅ ａ ， ｈ ｒｂ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｉ ｔ ｏ ｏ ｏ ｉ ｒ ｏ ｏ ｗ ｔ ｓａ ｄ ｍｕ ｔ ｌ ｍｐ ｃｓ Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｃ ｒ ｎ ｔｏ ｓ ｔ ｔｒ ｌ ｔ ｅ ｅ ｙ ｉ ｒ ｖｎ ｈ ｂ ｌ ｙ ｆｃ ｍｐ ｓ ｅ ａ ｉ ｉ ｔ ｍ ｒｔ ｉ ｔｎ ｌ ｐｅ ｉ ａ ｔ． ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｕ ｒ ｔｍｅｈ ｄ ｏ ｈ ｉ ｅ ｆｂ ｃ ｔ ｏ ｏ ｉ ｒ ｒ ｃ ｎ ｉ ｉｇ ｏ ｅａ ｃ ｍａｅ ａ ｅ ｃ ｐ ｕ ａｅ ｙ ｍｅａ ｒ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｎ ｈ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓ ａ ｒ ａｅ ａ ｃ ｍｐ ｓｔ ａ ｍｏ ｏ ｓｓ ｎ ｆｃ ｒ ｍｉ ｉ ｅ ｔ ｔｒ ｌ ｎ ａ ｓ ｌ ｔｄ ｂ ｔｌｗｅ ｅ ｉｔ ｕ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｋ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇｅ ｉ ｏ ｗ ｒ ｉ ｕ ｓ ｄ ｅ ｅｄ ｓ ｓ ｅ ． ｃ
够充分发挥 二种材 料各 自的优点 ，即利用 陶瓷材 料 的
象 ，导致 复合装 甲在更 大面积 区域 内失 去继续抗 弹 的 能 力 ， 而大大影 响 了复合装 甲抗 多发 弹的能力 ０ 从 ｌ 。 因此 在 陶瓷 复合装 甲中 ． 陶瓷加 以边界 约束 （ 对 侧 向和轴 向约束 ）是 提高 复合 装 甲抗 弹能力 尤其 是抗 多 发 弹能力 的重要措 施… ２ 】 。由于陶瓷靶 板外加 约束 ， 即 使 在高 冲击 压缩应 力波 和拉 伸应力 波作用 下发 生 了断 裂 ， 陶瓷 仍被 紧密挤压 ， 但 只有裂纹 而无扩 容 。当弹丸 进 一步侵彻 靶板时 。 没有空 间为弹 丸让道 ． 于是 弹丸需 要耗 散更大 的能量 来继续粉 碎前端 的陶瓷 ．这种 反复 粉 碎直至 弹丸前端 陶瓷形成 粉化 区域后 ．弹丸还 需将 粉体 沿侵彻 的相反 方 向挤 出后才能 前进 ，粉 化 区域还 受 到径 向流 动所推 动 ．使得 粉化 陶瓷流体 内存在 非常 大 的阻尼力 ． 而且粉 粒陶瓷 与弹丸 的反 向运 动会磨蚀 、 磨损 弹丸 的质量 。 改 变传 统 的简单 粘 接而 成 的层叠 复合 装 甲形式 ． 将 陶瓷包裹 在背衬 材料做成 的包套 内制成 金属封装 陶
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第３ １卷
２ｏ ｏ ８年
第 ４期
７月
兵 器 材 料科 学 与 工 程
ＯＲＤ ＮＡＮＣ Ｅ ＭＡＴ ＲＩ Ｃ ＥＮ Ｅ ＡＬ Ｓ Ｉ ＣＥ ＡＮＤ ＥＮ ＮＥ Ｉ ＧＩ ＥＲ ＮＧ
Ｖｏ ． Ｎ ． Ｉ ３ｌ ｏ４
Ｊ ｌ， ２ ０ ｕｙ ０ ８
中 的关 键 技 术 。 关键 词 ： 防弹 ： 陶瓷 一 属复 合 装 甲 ； 金 综述 ； 装 封
中 图分 类 号 ：Ｂ ３ Ｔ ３
文 献 标 识码 ： Ａ
文 章 编 号： ０ － ４ Ｘ ２０ ）４ ０ ７ — ４ １ ４ ２４ （０ ８ ０ — ０９ ０ ０
Ｒｅｅ ｒｈ ｐｏ ｒｓ ｎ ｍｅａ ｎ ａ ｓ ｌｔ ｇｃ ｒｍｉ ｏ ｏｉ ｒｌｒ ｓ ａｃ ｒｇｅ ｓｉ ｔｌ ｃ ｐ ｕａｉ ｅａ ｃｃ ｍｐ ｓ ｅａｎｏｆ ｅ ｎ ｔ ｌ
ＨＡＮ ｉ ＬＩＮａ Ｈｕ ， ｎ
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金属封装 陶瓷复合装 甲研究进展 木
韩 辉 ． 楠 李
（ 国北 方 车辆 研 究 所 ， 京 １ ０ ７ ） 中 北 ００ ２ 摘 要 ： 统 的 陶 瓷一 属 复合 装 甲为 简单 的双 层 结 构 ， 中 陶瓷 作 为迎 弹 面 板 ， 属 作 为 能 量 吸 收背 板 ， 种 结 构 的 明 显 传 金 其 金 这
２２ 陶 瓷 粉 末 烧 结 法 ．
约束 ， 从而有 利于 陶瓷复合 装 甲抗 弹 能力 的提高 。
１ 金属 封 装一陶瓷 复合 装 甲典 型结 构 形
ｊ
预先将 金 属 面板 、 板 、 属框 加 工成 型 ． 后在 背 金 然
金属 封装 陶 瓷复 合装 甲基本 组 成包 括 金属 面 板 、 金属 背板 、 属框 以及被封 装在里 面 的陶瓷 块 ． 显著 金 其
的弹道防护 。
及 横 向的剪切应 力 。而纵 向 的反 射波 以及横 向的剪切 应 力都是 破坏装 甲结构 完整性 的主要 因素阍， 不仅导 致
陶瓷面板 的进一 步碎裂 ．更重要 的是在 复合装 甲面板
和背板 的粘接处会 出现较 大 区域 的明显 开裂 和分层现
目前 陶瓷复合装 甲的应 用形式 主要是较 硬 的陶瓷 做 面板 、 有 良好韧 性 的金 属或纤维 复合材 料做 背板 ， 具 两 者之间通 常用胶 粘剂粘接 。这种 结构 的意义 在于能
不 足是 其 抗 多发 弹 能 力差 。用 金 属将 陶 瓷 包 裹起 来 是 提 高装 甲抗 多 发 弹 能 力 的一 个 有 效 方 法 ， 装 金 属 为 陶瓷 提 供 了最 封
大程 度 的 结 构 限制 ， 因而 有 助 于提 高 复 合装 甲抗 多发 弹的 能 力 。主要 介 绍 目前 制 备 金 属封 装 陶 瓷复 合 装 甲 的方 法 ， 讨 其 探
作 者 简介 ： 辉 （９ ３ ， ， 程 师 ， 韩 １７一）女 工 从事 战 车 防 护 总体 设 计 及装 甲材 料 的 应用 研 究 。Ｅ ｍ ｉ：ｕｈｎ ｈ ２ ． ｍ。 — ａｌｈ ｉａｈ ＠１６ ｏ ｃ
特点在 于 陶瓷块被 封装在 金属 面板 、金属背 板 和金属
背板上 放置好 金属 框 。在金属 框 中放 入烧结 陶瓷需要
的粉料 以及 渗透剂 和反应 剂等 ．盖好 面板 ．再进 行烧
结 。在 烧结 过程 中 ， 发生 原位 反应形成 陶瓷 体 。 同时 陶
框里 面 ， 陶瓷 块在各 个方 向均受 到金属 的约 束 （ 见 图 详
Ｋｅ ｙ
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陶瓷材 料 因具 有高抗压 强度 和低密度 的 突出特性 而引起 了大量关注 。现如今 已经越 来越 广泛 的应用 于 防弹领 域… 如人 体 防护 、 ， 飞机 、 船 、 舰 坦克 装 甲车 辆等
的结合 。
２３ 金 属 热 喷 涂 沉 积 法 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ．
该 制备 方法是 预先将 陶瓷 体烧结 成 型 。然 后采 用
在 陶瓷体表 面进行 金属 沉积形 成金 属外套 的方 式 实现
对 陶 瓷的包 裹 。 这种方 法适 用于 制备 防御小 口径 弹丸 。
Ｌ 竺 — 一 ！
且 金 属涂层 较薄 的复合 装 甲 ，对于 较厚 的金属 涂覆 层
瓷体 与金属 框结合 紧密 。 种方 法 ， 用事先 制备符 这 不
合尺寸 要求 的 陶瓷 体 ，陶瓷块 的制备 需要 热压 或热 等
静 压过 程来 形成 ，同时 由于不 存在 陶瓷体 与金 属框 之
１ 。当复合装 甲受 到弹丸 撞击 时 ，由于陶瓷 被严 格 限 ）
定， 只有裂纹 而无扩 容 ， 于是弹 丸需要耗 散更 大 的能量 来不 断粉碎前 端 的陶瓷 ， 同时增 加 了弹丸驻 留时 间 ， 从
高硬度 、 弹性 模量来 满足装 甲要求 的抗侵 彻能 力 ； 高 利 用 金属或纤 维复合 材料 的韧 性及延 展性来满 足装 甲要 求 的抗 冲击 能 力和抗 崩 落 能力［３ ２１ 如 Ａ ｉ －。例 １ ，ＳＣ， ０ ＢＣ，ｉ 陶瓷材 料具 有极 高 的硬度 ， 们作 为 面板 Ｓ， 等 Ｎ 它 首 先会使 弹芯 破碎 ； 背板材 料 如铝合 金 、 合金 、 而 钛
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兵 器 材 料 科学 与工 程
第 ３ 卷 １
瓷复合 装 甲 ，陶瓷 会得到 来 自各个 方 向的最 大程 度 的
增 加 的组件 是刚性 背衬层 ， 放置 部位是 在 陶瓷体 背面 ． 通 常连 续 陶瓷纤维 和 陶瓷颗粒 增强 的金属基 复合 材料 被 用作 装 甲陶瓷 的刚性 背衬层 ．其抗 弯 曲性 能 可进一 步提 高陶瓷 的性能 。
间尺 寸是否 配 的问题 ，因此 对金属 框 的尺寸 精度要 求 就 不 是 太苛 刻 。 而 且 在 烧 结过 程 中 ，陶瓷 粉 体 中
加入 了各种 添加剂 ．因而有助 于 陶瓷和金 属框 界面处
而延缓 陶瓷 碎裂 。 因此可 以提高装 甲抗 弹能 力 ． 其是 尤 抗 多发弹 能力㈣。此外 ， 金属封 装 陶瓷 复合 装 甲 中 ， 在 由于金属 和陶瓷 体的紧密结合 ． 不仅使 陶瓷体的抗 弹性 能有所增强 。 而且使金属背板 的防弹效果也得到增强 。
芳纶、Ｈ Ｕ ＭＷＰ Ｅ复合材料 ， 由于具 有 高韧性 ． 能够 捕获
陶瓷破片和残余 弹 丸。 然而 ， 种结构 只是简单 的层叠 复合结 构 ， 这 复合 装 甲的周边没有 约束措施 。因此这种结 构在抗 弹性 能方 面 表现 出了明显 的不 足［ 因为在层 状结构 中 的不 同材 ６ １ 。 料界 面处存在较 大阻抗差别 ．而入 射 的压力 波 在这种 界面 处主要分解 为三部分【 纵 向的透射 波和反射 波 以 ７ 】 ：
ｍａｅ ａ ， ｈ ｒｂ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｉ ｔ ｏ ｏ ｏ ｉ ｒ ｏ ｏ ｗ ｔ ｓａ ｄ ｍｕ ｔ ｌ ｍｐ ｃｓ Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｃ ｒ ｎ ｔｏ ｓ ｔ ｔｒ ｌ ｔ ｅ ｅ ｙ ｉ ｒ ｖｎ ｈ ｂ ｌ ｙ ｆｃ ｍｐ ｓ ｅ ａ ｉ ｉ ｔ ｍ ｒｔ ｉ ｔｎ ｌ ｐｅ ｉ ａ ｔ． ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｕ ｒ ｔｍｅｈ ｄ ｏ ｈ ｉ ｅ ｆｂ ｃ ｔ ｏ ｏ ｉ ｒ ｒ ｃ ｎ ｉ ｉｇ ｏ ｅａ ｃ ｍａｅ ａ ｅ ｃ ｐ ｕ ａｅ ｙ ｍｅａ ｒ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｎ ｈ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓ ａ ｒ ａｅ ａ ｃ ｍｐ ｓｔ ａ ｍｏ ｏ ｓｓ ｎ ｆｃ ｒ ｍｉ ｉ ｅ ｔ ｔｒ ｌ ｎ ａ ｓ ｌ ｔｄ ｂ ｔｌｗｅ ｅ ｉｔ ｕ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｋ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇｅ ｉ ｏ ｗ ｒ ｉ ｕ ｓ ｄ ｅ ｅｄ ｓ ｓ ｅ ． ｃ
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兵 器 材 料科 学 与 工 程
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Ｖｏ ． Ｎ ． Ｉ ３ｌ ｏ４
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金属封装 陶瓷复合装 甲研究进展 木
韩 辉 ． 楠 李
（ 国北 方 车辆 研 究 所 ， 京 １ ０ ７ ） 中 北 ００ ２ 摘 要 ： 统 的 陶 瓷一 属 复合 装 甲为 简单 的双 层 结 构 ， 中 陶瓷 作 为迎 弹 面 板 ， 属 作 为 能 量 吸 收背 板 ， 种 结 构 的 明 显 传 金 其 金 这
２２ 陶 瓷 粉 末 烧 结 法 ．
约束 ， 从而有 利于 陶瓷复合 装 甲抗 弹 能力 的提高 。
１ 金属 封 装一陶瓷 复合 装 甲典 型结 构 形
ｊ
预先将 金 属 面板 、 板 、 属框 加 工成 型 ． 后在 背 金 然
金属 封装 陶 瓷复 合装 甲基本 组 成包 括 金属 面 板 、 金属 背板 、 属框 以及被封 装在里 面 的陶瓷 块 ． 显著 金 其
的弹道防护 。
及 横 向的剪切应 力 。而纵 向 的反 射波 以及横 向的剪切 应 力都是 破坏装 甲结构 完整性 的主要 因素阍， 不仅导 致
陶瓷面板 的进一 步碎裂 ．更重要 的是在 复合装 甲面板
和背板 的粘接处会 出现较 大 区域 的明显 开裂 和分层现
目前 陶瓷复合装 甲的应 用形式 主要是较 硬 的陶瓷 做 面板 、 有 良好韧 性 的金 属或纤维 复合材 料做 背板 ， 具 两 者之间通 常用胶 粘剂粘接 。这种 结构 的意义 在于能
不 足是 其 抗 多发 弹 能 力差 。用 金 属将 陶 瓷 包 裹起 来 是 提 高装 甲抗 多 发 弹 能 力 的一 个 有 效 方 法 ， 装 金 属 为 陶瓷 提 供 了最 封
大程 度 的 结 构 限制 ， 因而 有 助 于提 高 复 合装 甲抗 多发 弹的 能 力 。主要 介 绍 目前 制 备 金 属封 装 陶 瓷复 合 装 甲 的方 法 ， 讨 其 探