装甲防弹材料.doc

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。
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。
(4)  改变弹头入射角。采用精心设计的特殊表面面板,将可以做到,无论子弹从何方射来,都能避免垂直人射,即可改变弹头入射方向,从而使动量(动能)分解,以降低对靶板的作用,等效于靶板抗弹能力的提高。
四、复合防禅材料技术的发展
此点分为防弹陶瓷材料的发展和复合材料背板用纤维的发展两个方面
(一)防弹陶瓷材料的发展
对陶瓷面板材料来说,要求具有高的硬度和相应的高耐磨性、高的压缩强度及重量轻。上世纪五十年代末六十年代初,美国军方制成世界上首块陶瓷复合装甲,(Al2O3)陶瓷粘结在玻璃纤维增强树脂的背板上而制成的复合装甲。在六十年代初,美国诺顿公司参与陶瓷复合材料装甲的研究,研制的热压碳化硼(B4C)陶瓷密度低,可以使装甲体系比氧化铝轻30\\\\%。 1965年起B4C开始逐步取代Al2O3。1967年又研制防弹型碳化硅(SiC)陶瓷,SiC比Al2O3减重10\\\\%,而成本又低于B4C。但由于种种原因,SiC陶瓷后来发展缓慢。
后来还研究了二硼化钛(TiB2)与氮化硅(Si3N4)陶瓷。目前适用于装甲的陶瓷及其性能如表I所示。从表中可以看出B4C,SiC,