揭秘：陶瓷咋成了防彈“新星”

防彈陶瓷塊。

“泥沙入手經(jīng)摶埴，光色便與尋常殊?！边@是一首詠嘆精美瓷器的詩句。陶瓷，擁有的獨特形狀、成色、質(zhì)地，千百年來它不僅成為人們生活中常用的器具，也成為讓人賞心悅目的藝術(shù)品。

在大家的印象里，陶瓷是脆性的，輕輕一摔，一件價值連城的古瓷瞬間即可“粉身碎骨”。但是你知道嗎，陶瓷經(jīng)由現(xiàn)代科技“搖身一變”，因其物理特性竟能充當(dāng)防彈材料，堪稱是防彈領(lǐng)域冉冉升起的一顆“新星”。

試想一下，戰(zhàn)場上一顆小小的子彈，能給士兵帶來致命傷害，易碎的陶瓷卻能擋住高速飛行的子彈。它的“功力”從何而來？下面，讓我們一起走進(jìn)防彈陶瓷的世界一探究竟。

高強(qiáng)硬質(zhì)，復(fù)合裝甲

防彈陶瓷，屬于無機(jī)非金屬材料家族中的一員。嚴(yán)格意義上講，與我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拇善鞑⒎峭活惒牧稀Ｗ鳛樘胤N陶瓷，區(qū)別于就地取土成坯燒制的陶瓷器皿，防彈陶瓷的制備需要經(jīng)過一系列粉體制備、成型加工、高溫?zé)Y(jié)等復(fù)雜工序，是化學(xué)、冶金、材料等現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物。

早在1918年就有記載稱，在鋼質(zhì)裝甲表面涂上一層瓷釉，可以顯著提升其防彈性能。但真正意義上的防彈陶瓷，是上世紀(jì)60年代后才出現(xiàn)的。

防彈陶瓷之所以能夠防彈，是因為它具備極高的硬度和強(qiáng)度。子彈撞擊高強(qiáng)高硬的陶瓷后，發(fā)生破碎并引起陶瓷碎裂，整個過程將消耗子彈大部分的能量，并在彈著點處形成一個“倒金字塔”型破壞錐。這也是陶瓷受彈擊后典型的被破壞形貌。

當(dāng)然，由于陶瓷的脆性，僅僅依靠陶瓷自身，還不能做到“萬無一失”。防彈陶瓷一般放在迎彈面，要與其他的背襯材料粘接在一起，組成復(fù)合裝甲共同使用。背襯材料一般選用對位芳綸或超高分子量聚乙烯等纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要功能是吸收剩余彈道沖擊能量。

為了提高陶瓷的抗多次打擊能力，往往還要在陶瓷面板上包覆高強(qiáng)纖維織物，防止彈擊造成的裂紋擴(kuò)展。高強(qiáng)硬質(zhì)陶瓷與剛性背襯的組合，構(gòu)成現(xiàn)代陶瓷復(fù)合裝甲的基本結(jié)構(gòu)。

戰(zhàn)火洗禮，生命之盾

上世紀(jì)60年代，美軍在越南叢林中的直升機(jī)和乘員經(jīng)常受到地面輕武器的殺傷。為了降低裝備戰(zhàn)損和乘員傷亡，1962年，美國一家航空航天公司首次開發(fā)出正面為硬質(zhì)陶瓷的復(fù)合裝甲，將氧化鋁陶瓷塊粘到薄約6毫米的韌性鋁背板上，用以抵御7.62毫米穿甲彈的射擊。也就是在這個時期，美軍開啟了防彈陶瓷大規(guī)模軍事應(yīng)用的先河。

由于同等條件下，陶瓷較金屬重量大大降低，在對重量要求非?？量痰能姍C(jī)上，陶瓷裝甲大量用于機(jī)腹、座艙、發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部位防護(hù)。俄羅斯米-28直升機(jī)，在座艙周圍采用陶瓷裝甲加強(qiáng)，能夠抵御數(shù)次機(jī)槍掃射，出色的防護(hù)能力，為其贏得了“飛行堡壘”的美譽。對于裝甲車輛，陶瓷復(fù)合裝甲更是提高防護(hù)能力的“秘密武器”，英國“挑戰(zhàn)者2”、法國“勒克萊爾”、俄羅斯“阿瑪塔”等主戰(zhàn)坦克，均大量裝備這種裝甲。有報道稱，英軍一輛“挑戰(zhàn)者2”坦克，先后被14枚RPG火箭彈和1枚反坦克導(dǎo)彈命中，內(nèi)部乘員卻無一傷亡，足見現(xiàn)代陶瓷復(fù)合裝甲的“盾牌”功力。

當(dāng)重型裝備紛紛披掛上輕質(zhì)高強(qiáng)的陶瓷“鎧甲”后，人們又將目光轉(zhuǎn)向了穿梭在槍林彈雨中的士兵。其實，早在二戰(zhàn)戰(zhàn)場上，就出現(xiàn)過鋼制防彈胸甲。因過于笨重，它并不受士兵們歡迎。上世紀(jì)70年代，美軍推出柔軟輕便的凱夫拉防彈衣。盡管它在防護(hù)低速槍彈和爆炸破片方面有不俗表現(xiàn)，但遇到步槍發(fā)射的高速子彈時，防護(hù)上往往“力不從心”。其實，所謂的“防彈”并非“刀槍不入”，而是根據(jù)防護(hù)能力進(jìn)行分級防護(hù)。某個防護(hù)等級的裝備，只能滿足防護(hù)該級別和更低級別槍彈的要求。影視劇里那種“金剛不壞”的防彈衣是不存在的。

為了提高防護(hù)能力，科學(xué)家們想到將防彈陶瓷制成插板，與軟體防彈衣配合使用，猶如古代鎧甲上的“護(hù)心鏡”。這樣，既能大幅提升人體核心部位的防護(hù)能力，又兼顧了穿著者的機(jī)動性。剛開始，是利用小塊陶瓷拼接成插板。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們更多采用整塊陶瓷，以消除小塊陶瓷片因有拼接縫隙而存在的薄弱點，有的還制成曲面以貼合人體。這也是當(dāng)前防彈插板的基本樣式。目前，防彈陶瓷制備技術(shù)已日臻成熟，成為保護(hù)士兵的“生命之盾”。

科技助力，再作升級

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的防彈陶瓷種類很多，包括氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化鈦等。其中，最常見的是氧化鋁、碳化硅和碳化硼陶瓷。隨著武器系統(tǒng)的升級換代，傳統(tǒng)的單相陶瓷已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實軍事需求，特別是對防彈裝備的要求越來越高。因此，防彈陶瓷開始朝著多元化、復(fù)合化、功能化方向發(fā)展——

功能梯度陶瓷。通過微觀組分設(shè)計，使得陶瓷性能發(fā)生有規(guī)律性的連續(xù)變化。比如硼化鈦與金屬鈦以及氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅與金屬鋁等金屬/陶瓷復(fù)合體系，在厚度方向上，形成一種結(jié)構(gòu)變化，確保防彈陶瓷從迎彈面的高硬度過渡到背彈面的高韌性。這樣，既可滿足裝甲抗彈要求，又可增強(qiáng)其抗多發(fā)彈能力，在防護(hù)中小口徑穿甲彈時具有較大優(yōu)勢。

納米復(fù)相陶瓷。在單相陶瓷的基礎(chǔ)上，添加亞微米級或納米級分散粒子，構(gòu)成復(fù)相陶瓷。如碳化硅-氮化硅-氧化鋁、碳化硼-碳化硅等，可以在一定范圍內(nèi)改善陶瓷的硬度、韌性和強(qiáng)度。有報道稱，國外正在探索將納米尺度的粉體黏結(jié)在一起的燒結(jié)工藝，能夠把陶瓷晶粒尺寸減小到幾十納米，從而提高材料硬度和強(qiáng)度。這是未來先進(jìn)陶瓷裝甲的一個主要發(fā)展方向。

透明陶瓷。以單晶氧化鋁（藍(lán)寶石）、氮氧化鋁和鎂鋁尖晶石為代表的透明陶瓷，因為具有很高的強(qiáng)度和硬度，同時兼具良好的光學(xué)性能，所以能替代防彈玻璃，在單兵防彈面罩、導(dǎo)彈探測窗口、車輛觀察窗、潛艇潛望鏡等軍事裝備上加以應(yīng)用。由于能低成本制造大尺寸、復(fù)雜形狀透明部件，這樣的陶瓷，已被不少軍事強(qiáng)國列為21世紀(jì)重點發(fā)展的光功能透明材料之一。

目前，無論是在軍事上，還是在民用技術(shù)領(lǐng)域中，陶瓷應(yīng)用都極其廣泛?？梢灶A(yù)見，古老的矛與盾的故事，仍將在未來戰(zhàn)場上演精彩的強(qiáng)強(qiáng)對決。