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鄒小姐：13326633089 -
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最近世道不太平，俄烏戰(zhàn)火的點燃導(dǎo)致軍工相關(guān)產(chǎn)業(yè)又開始得到關(guān)注。而在我們熟悉的先進陶瓷領(lǐng)域中，與之相關(guān)且最容易被想到的就是防彈陶瓷。
陶瓷之所以可以防彈，憑借的就是其高比剛度、高比強度和在許多環(huán)境下的化學(xué)惰性。它比金屬好的地方就在于，在抵抗彈頭沖擊時金屬材料會產(chǎn)生塑性變形且吸收能量，而陶瓷幾乎不產(chǎn)生塑性變形，并且依靠其自身高強高硬特性使彈頭鈍化甚至破碎，陶瓷表面粉碎同時在形成細(xì)小且堅硬的碎塊區(qū)過程中吸收了高速彈頭的能量。因此先進陶瓷在裝甲系統(tǒng)上的應(yīng)用十分具有吸引力，己成為一種廣泛應(yīng)用于防彈衣、車輛和飛機等裝備的防護裝甲。
陶瓷材料防彈原理過程
陶瓷中可以作為防彈材料的主要有：氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化鈦等，其中以氧化鋁陶瓷(Al2O3)、碳化硅陶瓷(SiC)、碳化硼陶瓷(B4C)應(yīng)用最廣。
各種防彈陶瓷的各項屬性
從上圖我們可以看出，雖然氧化鋁各方面性能都要比碳化硼（B4C）和碳化硅（SiC）差些，如密度最高（意味著最重，但也依舊比相同防彈能力同面積的裝甲鋼重量輕40%），硬度相對較低。但它也有明顯的優(yōu)勢就是制作成本低、原料來源廣，像碳化硼的價格就差不多是氧化鋁的10倍左右，這個差距其實挺夸張的。另外氧化鋁的生產(chǎn)工藝也比SiC更成熟，能更好地保證制品尺寸穩(wěn)定、而且性能可靠性高。
因此在進行防彈物品設(shè)計時，要綜合考慮各種材料的成本及剛強度等屬性，盡可能在保證防彈性能滿足指定要求的同時使成本盡可能低。這就是氧化鋁能夠成為防彈領(lǐng)域的第一代陶瓷，并活躍至今的重要原因，尤其是在民用領(lǐng)域，在氧化鋁性能達標(biāo)的前提下，性價比成為了它的絕對優(yōu)勢。
氧化鋁防彈陶瓷的制備
氧化鋁分子式為Al2O3，白色固體，最為常見晶態(tài)有α-Al2O3?β-Al2O3及γ-Al2O3，其中α-Al2O3結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定（又稱剛玉），在1300℃以上的高溫時其它相幾乎完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，氧化鋁防彈陶瓷的主要成分就是它。
（來源：河南濟源兄弟材料有限公司）
氧化鋁防彈陶瓷主要以無壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)為主?無壓燒結(jié)高純氧化鋁陶瓷通常需要在高于1600℃才能燒結(jié)致密，較高的燒結(jié)溫度可能會促使氧化鋁晶體異常長大，燒結(jié)體致密化程度降低，從而會影響高純氧化鋁陶瓷的性能?因此工業(yè)上通過減小粉體顆粒的平均尺寸，添加適當(dāng)?shù)奶砑觿Y(jié)合合理的成形及燒結(jié)方法等來降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度。
熱壓燒結(jié)通過在模具上下兩面同時加壓進行燒結(jié)?由于燒結(jié)時除了溫度動力之外，還增加了壓力動力(10~50MPa)，因此大大降低燒結(jié)難度，致密化程度高?同時因為特定的外界壓力使得晶體的生長受到限制，得到的晶粒細(xì)小均勻，使得力學(xué)性能大大提高?
α-Al2O3密堆積的結(jié)構(gòu)示意圖
另外為了增強氧化鋁陶瓷的力學(xué)強度，工業(yè)上常采用電子射線真空鍍膜、濺射真空鍍膜或化學(xué)氣相蒸鍍等強化工藝方法，在氧化鋁陶瓷的表面鍍上一層硅的化合物薄膜，然后再經(jīng)1200~1580℃的高溫處理，使氧化鋁陶瓷鋼化，從而獲得具有超高強度的氧化鋁陶瓷。
PS：目前國內(nèi)最大氧化鋁防彈陶瓷生產(chǎn)廠家是河南濟源兄弟材料有限公司，具備年產(chǎn)1000t以上氧化鋁陶瓷的規(guī)模。其生產(chǎn)的氧化鋁防彈陶瓷選用硬度極高的α-Al2O3為原料，采用先進雙面壓機成形、自動化窯爐燒結(jié)。
據(jù)濟源兄弟的張禎禎部長介紹，用于防彈領(lǐng)域的氧化鋁陶瓷與普通氧化鋁陶瓷性能上有很大的區(qū)別，最主要體現(xiàn)在密度、硬度、韌性以及瞬間破碎能力上。為此，他們在制備中會根據(jù)用途對配方做出改良，使成品的防彈能力更強。
氧化鋁防彈陶瓷的應(yīng)用
氧化鋁燒結(jié)制品表面光潔、尺寸穩(wěn)定、價格低廉，依據(jù)純度分為85/90/95/99氧化鋁陶瓷，相應(yīng)的硬度和價格也依次增高，在各類裝甲車輛和軍警防彈服等場合中都能看見它的身影。
不過為保證陶瓷的一定強度，氧化鋁防彈陶瓷多采用99氧化鋁陶瓷，并在成型和燒結(jié)過程中保證孔隙率低，使微觀應(yīng)力集中降低到最小程度。接下來就來一起看看它的應(yīng)用。
1.防彈衣
人體防彈衣是單兵戰(zhàn)士、武警、保安、武裝押運員常用的防護裝備，屬軍民兩用產(chǎn)品。人體防彈衣的核心部件是防彈插板，插板材料經(jīng)歷了硬質(zhì)金屬插板、軟質(zhì)合成纖維插板，現(xiàn)已發(fā)展到第三代陶瓷/合成纖維復(fù)合插板，是目前防彈衣主要的發(fā)展方向。
防彈插板主要分為兩部分，一是采用芳綸或超高分子量高強高模聚乙烯纖維復(fù)合材料制成的插板背板；二是以氧化鋁、碳化硅、碳化硼為原料制成的防彈面板。兩者通過過渡粘接層相結(jié)合，并在陶瓷面板表面粘貼一層止裂布防止陶瓷破碎時對人體的傷害，便得到第三代復(fù)合防彈插板。
防彈插板（來源：河南濟源兄弟材料有限公司）
俄羅斯士兵穿著由氧化鋁陶瓷制造的新式防彈衣
前面說了氧化鋁密度大比較重，為了讓防彈衣更輕便更利于人們活動，可以使用注模成型等工藝使得氧化鋁防彈陶瓷板符合人體曲線，同時也減輕了防彈陶瓷板的重量，有利于人體穿戴，穿著更舒適。
與之前主流的采用小片拼接工藝將陶瓷片粘貼于背板制造的陶瓷插板相比，這種弧形氧化鋁陶瓷板可以避免之前產(chǎn)品消除拼接接縫處帶來的缺陷，提升防彈安全系數(shù)，同時陶瓷片內(nèi)部材質(zhì)的均一性也更好。
整體弧形氧化鋁防彈陶瓷板
2.車體防護
裝甲是戰(zhàn)地車輛必不可少的一部分，否則在炮火連篇中的戰(zhàn)場根本無法存活。在以前裝甲多以鋼板為主材制造，但隨著彈丸材料和性能的逐步升級，裝甲材料面臨著巨大挑戰(zhàn)。例如目前穿甲彈的彈丸使用高密度合金鋼、碳化鎢或鎢、貧鈾合金鋼等材料，彈丸初速為0.9~1.8 km/s，穿甲厚度達1 m以上，穿甲能力強、飛行速度損失小，極具威脅力。破甲彈雖然彈著速度不高，但其利用炸藥的錐型中空裝藥的聚能原理，爆炸時形成一束高速金屬射流來擊穿裝甲。面對這些威脅力日益提高的彈藥，裝甲必須要更加抗打才能提高裝甲車輛的安全等級。
目前，裝甲防彈陶瓷已被應(yīng)用于各式裝甲車輛，包括坦克、步兵車、裝甲車等，以其自身的高硬度和高強度來提高裝甲車輛的軍事防護性能和安全等級，同時陶瓷既輕又強的特點，可以使得單位防護面積的質(zhì)量大大降低。
同上面一樣，氧化鋁也是裝甲車輛常用的防彈陶瓷材料之一，它最早是現(xiàn)身于蘇聯(lián)的T-64A坦克上。一開始T-64A的炮塔采用的鋁合金夾層裝甲，但效果不甚理想，因為要想發(fā)揮出應(yīng)有的效果，炮塔前部厚度將增大到難以容忍的厚度。后來換上了強化鋼夾層裝甲，但由于面對破甲彈效果差（破甲彈的高溫金屬射流會穿透裝甲）必須選擇更耐高溫的材質(zhì)，于是蘇聯(lián)便想到了使用耐高溫的陶瓷改善抗穿甲性能。
采用氧化鋁陶瓷材料的T-64坦克
最終能夠在高溫下保持穩(wěn)定性的氧化鋁陶瓷成功入選，T-64B坦克的炮塔上便用上了由氧化鋁陶瓷球與聚合物填充的復(fù)合裝甲。據(jù)悉，T-64B坦克的抗彈性能在當(dāng)時那個年代稱得上是極為優(yōu)良（同時制造成本和工藝要求較高），是當(dāng)時實打?qū)嵉南冗M科技產(chǎn)物。
封裝在炮塔內(nèi)的氧化鋁陶瓷小球
總結(jié)
總的來說，在軍事領(lǐng)域里，氧化鋁雖然不如碳化硼、碳化硅這些兄弟們受到的關(guān)注度高，但懂行的人都知道氧化鋁的重要程度絕不遜色于后倆且用量極大。若想了解其他相關(guān)內(nèi)容，也可以關(guān)注粉體圈并在后臺搜索“防彈”查看更多相關(guān)文章噢！
資料來源：
防彈裝甲中的陶瓷材料，吳燕平，燕青芝。
防彈陶瓷的燒結(jié)工藝及發(fā)展現(xiàn)狀，羅娟，楊科偉，王萌，和嬌嬌。
粉體圈 NANA
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