前沿陶瓷防弹装甲及相关材料研究进展

内容摘要：
陶瓷装甲材料的优势：陶瓷材料因其高防护系数被认为是最有希望的防弹材料之一。
研究重点：目前陶瓷装甲材料研究的重点是解决韧性差和成本高的问题。
提高性能的途径：碳纤维增韧补强、梯度功能材料（FGM）、陶瓷表面增强等。

前沿陶瓷装甲技术的发展正在不断推进反防弹装甲技术的革新。随着研究的深入，反防弹技术已使穿甲弹和破甲弹的威力显著提升，达到了880～900mm和1250mm HRA（标准均为轧钢板）的穿透能力。因此，各国正积极投入下一代防弹装甲材料的研发中。根据预测，特种陶瓷以其高防护系数在未来一段时间内仍被视为最有希望的防弹材料之一。
当前，陶瓷防弹装甲材料的研究主要集中在克服其韧性不足和成本高昂的问题。美国在这一领域取得了显著进展，通过采用微波烧结技术，不仅提高了生产效率，还大幅降低了陶瓷材料的成本，成功实现了SiC和TiB₂等防弹陶瓷材料的规模化生产。
在提高陶瓷装甲材料性能方面，研究者们探索了多种途径。首先，碳纤维增韧补强Si₃N₄和SiC纤维/SiC等材料，显著提高了其断裂韧性和应变量。金属与陶瓷的复合结构，如B₄C/Al复合装甲，也展现了优异的抗弹性能，同时提高了材料的韧性。此外，塑料陶瓷作为一种新型材料，其结合了陶瓷颗粒和高聚物胶黏剂，具有更好的抗弹性能和可承受多发弹丸侵彻的能力。
梯度功能材料（FGM）是另一个研究热点。通过精心设计和特殊工艺，FGM使陶瓷与金属的复合物在组分和结构上实现连续变化，从而提高了复合装甲的抗弹性能。目前，已成功制备出多种FGM，如SiC-C、TiC-Ti等，它们均表现出比传统复合装甲更好的性能。
在陶瓷表面增强方面，研究者们通过机械化学抛光、表面微氧化、气相沉积和激光表面处理等技术，改善了陶瓷的表面状态，提高了其韧性。离子注入法也被应用于陶瓷材料的性能提升，如提高Al₂O₃的表面硬度和SiC、Si₃N₄的弯曲强度。
此外，英国肯特大学的研究人员开发了一种基于蛋白质的新型减震材料TSAM。该材料能够吸收超声速射弹的冲击，并在受到冲击后捕获弹丸，为下一代防弹装甲和弹丸捕获材料的开发提供了新的思路。TSAM在国防和航空航天领域具有广阔的应用前景，可用于制造新型装甲或作为能量耗散材料收集空间碎片和尘埃。
综上所述，前沿陶瓷装甲技术的发展正不断推动反防弹技术的进步，而新型陶瓷材料和减震材料的研发为未来的防弹装甲提供了新的可能性。
参考文献：
1、冯益柏.坦克装甲车辆设计（轮式战车卷）[M].北京:化学工业出版社,2016
2、国务院发展研究中心国际技术经济研究所.2023世界前沿技术发展报告[M].北京:电子工业出版社,2023