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湖南中泰轻质高强陶瓷复合防弹材料，对高弹速等级枪弹的防护

发布时间：

2022-11-07

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陶瓷材料拥有许多极具吸引力的性能，包括高比刚度、高比强度和在许多环境下的化学惰性。同时，因其相对于金属的低密度、高硬度和高抗压强度，使其在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、车辆和飞机等装备的防护装甲［1-2］。在20世纪60年代，B4C最先用于设计防弹背心，之后装配到飞机飞行员的座椅上。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70年代后被美国等西方军事强国应用于运兵车、坦克及军机等。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、EE-T1奥索里约主战坦克等。陶瓷作为装甲防护材料的主要优势是强度和硬度高、耐磨、密度小等，而易破碎、抗多发打击性能弱的劣势在一定程度上限制了其应用。目前，防弹陶瓷主要朝着提高抗多发打击性能、减轻质量及降低成本这3个方面进行。国内外现阶段主要使用的特种防弹陶瓷有B₄C、Al₂O₃、SiC、TiB₂、AlN、Si₃N₄、Si-alon等。

陶瓷材料的防弹原理

装甲防护的基本原理是消耗射弹能量、使射弹减速并达到无害。绝大部分传统的工程材料，如金属材料通过结构发生塑性变形来吸收能量，而陶瓷材料则是通过微破碎过程吸收能量。装甲陶瓷的吸能过程可分为3个阶段［3］。1）初始撞击阶段：弹丸撞击陶瓷表面，使弹头变钝，在陶瓷表面粉碎形成细小且坚硬的碎块区的过程中吸收能量；2）侵蚀阶段：变钝的弹丸继续侵蚀碎块区，形成连续的陶瓷碎片层；3）变形、裂缝和断裂阶段：最后陶瓷中产生张应力使陶瓷碎裂，随后背板变形，剩余的能量全部由背板材料的变形所吸收。

弹丸撞击陶瓷的过程中，弹丸和陶瓷均受到破坏。因为陶瓷本身的脆性，其受到弹丸冲击时发生断裂而不是塑性变形。在拉伸载荷作用下，断裂首先发生在非均质处如孔隙和晶界上。因此，为使微观应力集中降低到最小程度，装甲陶瓷应当是孔隙率低（达理论密度值的99%）和细晶粒结构的高质量陶瓷。陶瓷吸收能量的能力与陶瓷的硬度、弹性模量有关，可以用M 值（弹道质量因素）来衡量陶瓷的抗弹性能：

M = EH/ρ 。（1）式中：E 是弹性模量；H 是硬度；ρ 是密度。可看出，陶瓷的弹性模量和硬度越大，密度越小，抗弹性能越高，陶瓷对于动能的吸收能力越强。

表1列出了材料性能及其对防弹性能的影响。陶瓷的硬度越高，弹丸撞击陶瓷时弹头越易钝化和破碎，弹丸侵蚀陶瓷的过程中因磨损犁削作用消耗的能量越多［5］。文献［3］对防弹陶瓷的力学性能提出了一个具体的要求范围：弹性模量E≤280 GPa，硬度H≥2 000kg/mm²，密度ρ≤3 g/cm³。但公式（1）忽视了断裂韧性对防弹性能的影响。事实上，陶瓷的高断裂韧性可延迟弹丸撞击陶瓷的断裂时间，提高陶瓷的断裂耗能和抗弹阻力，使陶瓷对弹丸的磨蚀和犁削作用增强，从而消耗更多的弹丸动能，提高陶瓷的抗弹性能。

湖南中泰

轻质高强陶瓷复合防弹板

本产品主要用于对高弹速等级枪弹的防护，是社会公共安全领域、装甲领域以及军需和特种部队不可或缺的重要防护装备之一。可广泛应用于人体防弹衣、防弹盾牌、防弹门、特种车辆、舟船、飞行器以及有需求的其他装置。