装甲防弹材料

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。

一、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，它是由约8.5mm 厚的氧化铝(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，TiB2的弹道质量因素(M)较高，是较优良的防弹陶瓷。TiB2陶瓷硬度高，抗弹击性好，但因密度太大，不适于用作航空轻型防弹装甲。B4C陶瓷密度小，硬度高，抗弹击也好，造价偏高；Al2O3陶瓷密度较小，但防弹能力仍比金属材料高，且价格低，仍有相当大的市场。

（2）复合材料背板用纤维的发展

在陶瓷面板不断取得突破的同时，复合材料背板的研究工作也在不断地深入进行，复合材料背板既要求高强度和一定的刚度，又要求有较大的变形能力。因此，良好背板材料与纤维、树脂类型和复合工艺有直接关系。

早期的陶瓷复合材料装甲体系是采用玻璃纤维增强树脂作为背板，近年来开发出不同种类的新型高性能纤维用于装甲领域，其中主要有S-glass纤维、Kevlar与Twaron纤维和Dyneema与Spectra等的超高分子量聚乙烯(UHMWPE )纤维。这些纤维有很好的吸能作用，尤其是UHMWPE纤维，它与芳纶相比，其密度仅为芳纶的65\\\\%，防弹性能却比芳纶高25\\\\%。

近年又开发出防弹性能更好的PBO纤维，复合材料作为背板时，不仅要考虑其自身的吸能作用，而且要考虑到面板和背板的协同关系。背板对面板要起到有效的支撑作用。对背板的含胶量、成型压力以及树脂基体与纤维的界面应严格要求，要有利于充分发挥纤维的防弹性能。

（五）轻质复合防弹材料在军机上的应用

现代战争中，空中力量决定胜负的因素起着越来越重要的作用。从最近几次局部战争和地区冲突中可以看出，空军除了需首先夺取战场制空权外，还担负着大量的对地攻击任务，攻击机和武装直升机成为各军兵种协同作战中不可缺少的主要成员。但是随着地面部队防空力量的不断增强，执行对地攻击的军机面临着越来越严重的地面火力威胁。因此国外先进武装直升机，包括一些战斗轰炸机和攻击机都强调要进行战场高生存力设计，并普遍使用装甲技术，以提高机体抗弹能力和成员的防护水平。

美军十分重视军机的防弹能力，早在第二次世界大战期间，美军相关实验中心每年都有数十篇航空装甲的AD报告发表。美军明确提出在军机上使用装甲防护是提高飞机战场生存力的有效手段，并自六十年代以来系统地开展了航空装甲技术的研究。例如在七十年代初，美军Air Force Armament实验室(AFAL)与Air Force Flight Dynamics实验室(AFFDL)用一架完整的F-89J战斗机进行系统的驾驶舱防护能力实验。

特别是七十年代以后，新一代陶瓷/复合材料轻质装甲得到迅速发展。以Al2O3/玻璃纤维复合材料、B4C/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，例如OH-6A、AH-64（阿帕奇)、AH-56A、UH-60A(黑鹰武装型)、AH-1J(贝尔209)、AH-IW(超眼镜蛇)、AH-1S(现代化型贝尔209)、Lya x-3〔“山猫”武装型)、RAH-66卡曼奇〔美军新型攻击直升机)武装直升机和C-130运输机等都采用了这类装甲材料，使这些军机具有较强的抗弹生存力。近几年美国等又开发出B4C与超高分子量聚乙烯纤维复合材料装甲，并开始装备军机。

我国对于军机用轻型复合材料防弹装甲在此之前尚未进行过系统研究。目前军机上所用的防弹装甲仍处于五十年代水平，不仅防弹效果差，而且严重影响了飞机应有的飞行性能和战术性能。由此可见我国军机防弹装甲急需更新换代。近些年来在陆航装备部和航空工业部门的支持与关心下，在有关专家的指导下，我们在承担的预研项目中，针对轻质防弹复合材料技术进行了大量的实验研究工作，取得了较大进展，为我国新型武装直升机采用轻质防弹复合材料装甲，奠定了良好的基础。

相信，随着各方面的重视以及各层次的投入，随着科学技术水平的发展，在不远的未来，我军在防弹材料方面，特别是有关于我陆航直升机装甲防护方面的发展将会更加辉煌。