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装甲材料的要求和种类第一次世界大战至今已近百年，从最开始抵御小型武器子弹、炸弹到后来的破甲弹，装甲车辆的钢装甲厚度一直在不断增加。
但是到了20世纪60年代，人们认识到装甲战斗车辆钢装甲的使用总是有限度的，并开始探寻能够应用于装甲结构的其它材料。
对陶瓷、玻璃、复合材料和多层结构装甲进行的实验表明，它们的弹道防护效能要优于普通的装甲钢。
到了20世纪80年代，西方国家和前苏联的主战坦克均已广泛采用了所谓的“复杂”多层装甲。
同时期，各国也在不遗余力地利用陶瓷和复合材料发展重量效率更好的装甲系统，并研制出了陶瓷面板装甲，目前已在飞机上得到普遍应用。
目前有两种类型的装甲应用最为广泛，即被动式装甲和反应式装甲。
在作用机理上，被动式装甲依靠自身的装甲特性抵御弹丸的攻击，而反应式装甲则通常利用弹丸激励装甲材料产生动能反应、又反作用于攻击弹丸。
被动装甲采用何种材料要依照设计上的用途而定，并根据材料特性及对弹丸能量的作用方式分为不同的类型，通常包括能量破坏型和能量吸收型两种。
能量破坏型一般采用高强度材料，如高硬度钢和陶瓷，采用这些材料制造的多层结构装甲能够击碎攻击弹丸，或迅速消耗掉其能量。
换言之，装甲材料通过造成弹丸破碎、并将由此产生的破片能量转移到车辆被保护区域以外的地方达到分散弹丸能量的效果。
而能量吸收型装甲则通过吸收攻击弹丸的动能、并将其转换成较低的能量如热能达到防护的目的。
坚硬的金属和复合材料均具有良好的能量吸收特性，同时也具有一定的能量破坏作用。
大多数的装甲系统都同时具备破坏和吸收弹丸动能的特性，这也是复杂结构装甲的秘密之所在。
T-80 坦克的首上甲板采用的多层装甲由高硬度钢层、硬化钢层和复合材料层组成，其配方经优化能够防御某些空心装药破甲弹和穿甲弹的攻击。
设计装甲系统，当然是重量越轻越好。
为提高部署能力，各国都始终要求减轻装甲车辆的重量。
然而，武器系统发展到了今天，空心装药破甲弹已经能够击穿1 米厚的钢装甲，尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹体也变得越来越细长，初速越来越高，发射反坦克弹药的方式也是五花八门，以寻找车辆上装甲防护最薄弱的部分进行攻击，其中最典型的是“斯玛特”（SmAR）T 155 毫米攻顶弹。
金属材料在武器装备方面的应用班级：机械E14 学号：41304022 姓名：张梦渊在常规兵器用材料中，金属材料约占80%，其中又以钢铁材料占主导地位。
但是，随着兵器的现代化发展，高性能的有色金属装甲材料、结构特殊功能材料和复合材料的乃是在迅速增加，对处理器战术技术性能的提高超到越来越大的作用。
一、铝合金装甲车体材料为了减轻重量和提高防护性能，国外铝装甲的使用从50年代就开始了，到现在已经历了四个发展阶段，即由高韧可焊Al-Mg系合金装甲发展成中强可焊Al-Zn-Mg系装甲，再发展到铝合金间隙叠层装甲和铝合金装甲附加复合装甲。
使用铝装甲的车辆也由装甲输送车，发展到轻型坦克、步兵战车和中型主战坦克。
英国进行的均质铝装甲材料D54S(Al-Mg系)与IT80装甲钢（Ni-Cr-Mo钢）防护性能的实验比较表明：在相同面密度（板材单位面积上的重时相等）的情况下，对榴弹破片的防护能力铝装甲优于钢，在入射角为30-45°范围内，对小口径弹（7.62mm硬芯穿甲弹）铝不如钢，但是随着弹丸走私的增大，入射角的增大或减小，铝装甲防护的优越性就显示出来了。
而且，铝装甲的性还在于它可以大幅度提高国体风度，可在其上采用焊接铝合金构件，以达到减轻重量的“连锁反应“的效果。
我国60年代中即开始铝装甲材料研究，新型LC52铝装甲材料已在部分战车上使用。
铝装甲今后的发展方向，仍是研究抗弹性更好的均质材料和复合装甲材料。
二、铝合金结构材料1. 变形铝合金为减重，现在几乎所有的兵器都尽可能多的采用铝合金结构件。
在坦克车辆方面，以英国“蝎“式坦克为例，其使用的变形铝合金除装甲车体外，还有平衡时连杆底座、刹车盘、转向节、履带松紧装置、诱导轮、负重轮、炮塔座圈、烟幕发射器、弹药架、贮藏舱、油箱、座椅、、管路等。
目前，各国的架桥坦克和渡河舟桥的桥体，采用铝合金焊接结构，与原负结构相比，可使桥长由18m左右增加到22-27m，载重量也增加到50-60t。
陶瓷复合装甲的研究现状及发展
尹飞;纪伟;王智慧
【期刊名称】《兵器材料科学与工程》
【年(卷),期】2024(47)1
【摘要】陶瓷复合装甲是现有复合装甲中的主体,被广泛应用于轻型坦克装甲车辆、武装直升机等的装甲防护及单兵人体防护。
本文结合传统陶瓷复合装甲技术面临的主要问题,通过分析近年来的研究热点和发展现状,对未来陶瓷复合装甲技术的发展
方向进行了展望。
【总页数】6页(P106-111)
【作者】尹飞;纪伟;王智慧
【作者单位】陆装南京局驻烟台地区代表室;中国兵器工业集团第五二研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TJ04
【相关文献】
1.反应装甲与陶瓷复合装甲集成技术研究探讨
2.陶瓷复合装甲材料的研究和发展
3.陶瓷复合装甲材料研究和发展
4.直升机陶瓷复合装甲发展现状及新型材料应用前
景5.陶瓷复合弹对陶瓷/装甲钢复合靶的侵彻性能研究
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英文原名KEVLAR，也译作克维拉或凯芙拉。
是美国杜邦（DuPont）公司研制的一种芳纶纤维材料产品的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”,化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的醯胺基团为对位结构（间位结构为另一项商标名为Nomex的产品，俗称防火纤维）在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维复合材料----芳纶1414，此芳纶复合材料在1972年正式实现商品化并为该产品注册商标为Kevlar。
型号分为K29，K49，K49AP等。
由于这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍,但密度仅为钢铁的五分之一(Kevlar密度为每立方厘米1.44克,钢铁密度为每立方厘米7.859克),而受到人们的重视。
由于凯夫拉品牌产品材料坚韧耐磨、刚柔相济，具有刀枪不入的特殊本领。
在军事上被称之为"装甲卫士"。
芳纶主要分为两种，“对位”芳酰胺纤维（PPTA）和“间位”芳酰胺纤维（PMIA）。
杜邦的对位芳纶品牌名为KEVLAR，间位芳纶品牌名为NOMEX。
日本人的对位芳纶名为TWARON, TECHNORA。
间位芳纶名为CONEX。
韩国的有Kolon以及Hyosung。
我国有烟台（Tayho）和四川商业化的芳纶产品对位芳纶TAPARAN和间位芳纶TAMETAR。
反坦克武器的出现，又促使人们改进坦克、装甲车的装甲性能。
通常要提高坦克、装甲车的防护性能，就要增加金属装甲的厚度，这样势必影响它的灵活机动性能。
"凯夫拉"材料的出现使这个问题迎刃而解，坦克、装甲车的防护性能提高到了一个崭新的阶段。
与玻璃钢相比，在相同的防护情况下，用"凯夫拉" 材料时重量可以减少一半，并且"凯夫拉"层压薄板的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。
"凯夫拉"薄板与钢装甲结合使用更是威力无比。
浅谈装甲材料的种类与发展装甲防护问题，自从坦克的诞生之日起，就是技术人员研究的永恒话题。
坦克的装甲，是为了在作战时尽可能大的为车辆提供装甲保护，以保障其战场生存能力和战斗人员生命安全。
过去，所有的战车都采用装甲钢板时，装甲材料对于专业人员来说可能不是太大的问题。
但是近几十年来，随着有色金属材料和其他复合材料的应用。
装甲材料的种类和功能有了极大的延伸。
以下是我查阅资料后作出的一点自己的归纳和总结。
从金属材料的角度讲，坦克装甲材料主要分为以下几种：一、铝装甲。
由于铝的硬度和强度要小。
所以此种装甲主要用于轻型装甲车辆。
轻型战车用装甲一般用来防御小口径弹片和弹丸。
铝制装甲的材料一般为铝镁锰合金，其对比与同体积的轧制均质装甲钢来说，最大的优点在于密度小，重量轻。
高标号的7XXX系航空铝合金抗弹能达到RHA （匀轧制装甲钢）的50％，低标号的5XXX系铝合金也能达到RHA的40%左右，比重却只有钢的1/3多一点。
现代新型的步战基本都是铝合金或者至少部分铝合金的，比如M2/3、武士、BMP-3都是如此，相比于老式的钢装甲步兵战车，如BMP-1/2之类，防御强了不少。
但是，需要指出的是：铝合金作装甲也有缺点，一是高标号的航空铝合金造价不斐，也很难加工成大厚度，限制了高标号铝合金的应用，导致大厚度装甲用的基本是5XXX系低标号铝合金；二是铝合金易燃，容易被贫铀弹或者穿燃弹（AP-T）这样的东西引燃。
至于铝合金为什么不在坦克复合装甲面板上应用，是因为坦克面板基本都是HHA（硬化装甲），抗弹性能比起RHA 大约要强化20-30%左右，以M1的HY120为例，抗弹约是4340 RHA的120%左右，这样即便是高标号的7XXX系抗弹也只相当于其的41%左右，重量优势已经不明显了，而且坦克装甲面板很厚，要达到同样抗弹，那么起码要接近300mm的7XXX系铝合金面板，相当难加工而且昂贵；如果用5083之类的低标号型号，那么就要更厚的装甲，那么连铝合金最大的防御/重量优势都没有了。
因瓦合金复合材料
瓦合金是一种复合材料，由石英砂和岩石碎屑等原料经过高温烧
结而成。
瓦合金具有高强度、耐腐蚀、耐高温等优点，广泛应用于航
空航天、军工、汽车制造等行业。
瓦合金的制备过程主要分为两步：原料的准备和烧结工艺。
首先，选取符合要求的石英砂和岩石碎屑等原料，并进行粉碎和筛分。
然后，将原料按一定比例混合，并加入适量的粘结剂。
混合后的原料通过模
具压制成型，形成所需的瓦合金坯料。
在烧结工艺中，瓦合金坯料被放入高温炉中进行热处理。
烧结温
度和时间根据瓦合金的具体要求进行调控。
烧结后，瓦合金坯料变得
更加致密和坚固，同时保持了原料的化学成分和物理性质。
瓦合金的复合材料结构使其具有多种优越性能。
首先，瓦合金具
有高强度和硬度，能够承受较大的机械应力。
其次，瓦合金具有良好
的耐腐蚀性能，可以在恶劣的环境下长期使用。
此外，瓦合金还具有
良好的耐高温性能，能够在高温条件下保持稳定。
瓦合金的广泛应用领域包括航空航天、军工、汽车制造等。
在航
天领域，瓦合金被用于制造火箭发动机和航天器结构件，以保证其在
极端环境下的稳定性和安全性。
在军工领域，瓦合金可用于制造战机
机身和坦克装甲等关键部件，以提高其抗损伤能力。
在汽车制造领域，瓦合金被用于制造发动机缸体和传动系统等关键零部件，以提高汽车
的性能和可靠性。
总之，瓦合金作为一种优质的复合材料，在各个行业具有广阔的
应用前景。
随着科学技术的进步，相信瓦合金将在未来发展中扮演更
重要的角色。
复合材料在军事领域的应用姓名程晓锦学号 3090702054，班级金属0902，材料科学与工程学院摘要：材料的复合化是材料发展的必然趋势之一，目前军用复合材料正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展，加速复合材料在航空工业、航天工业、兵器工业和舰船工业中的应用是打赢现代高技术局部战争的有力保障。
关键词：新材料、复合材料、高技术武器、隐身技术、智能材料如果21世纪的国家没有新材料的研发和使用，它就不可能成为新世纪的强国，更不可能成为军事强国。
谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料，谁就拥有最强大的技术潜力。
因此世界各国军事部门都把军用新材料的研究开发放在特殊的地位，各国的军用高技术计划无不以新材料作为其重要的内容。
材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。
复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。
复合材料与其它单质材料相比具有高比强度、高比刚度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能，倍受各国技术人员的重视。
因复合材料具有可设计性的特点，已成为军事工业的一支主力军，复合材料技术是发展高技术武器的物质基础，是现代精良武器装备的关键。
目前军用复合材料正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展，加速复合材料在航空工业、航天工业、兵器工业和舰船工业中的应用是打赢现代高技术局部战争的有力保障。
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料已经在航空航天工业以及各种武器装备上得到了广泛地应用。
新材料在军事上的应用摘要：通过新材料在军事领域中的应用介绍，分析了军用新材料对改善高技术武器装备物理性能和军事效能的作用，论述了物理学、新材料、军事三者之间相互影响、相互促进的密切关系，从而说明了物理学对现代军事高技术的发展起着举足轻重的作用。
新材料技术是介于基础科技与应用科技之间的应用性基础技术。
而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术，这部分技术是发展高技术武器的物质基础。
目前，世界范围内的军用新材料技术已有上万种，并以每年5％的速度递增，正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。
常见的军用新材料技术：高级复合材料，先进陶瓷材料，高分子材料，非晶态材料，功能材料。
复合材料是指两种以上不同性质或不同结构物质组合而成的材料，通常由基体材料和增强剂构成。
如碳纤维复合材料，它是一种质轻、强度高的复合材料，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料，具有强度高、刚度高、耐疲劳、重量轻等优点。
采用这种材料后，美国的 AV －8B 垂直起降飞机的重量减轻了27％。
F－18 战斗机减轻了 10％。
先进陶瓷材料是当前世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。
先进陶瓷材料主要有功能陶瓷材料和结构陶瓷材料两大类。
其中，在结构材料中，人们已经研制出氮化硅高温结构陶瓷，这种材料不仅克服了陶瓷的致命的脆弱性，而且具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力，与普通热燃气轮机相比，陶瓷热机的重量可减轻 30％，而功率则提高 30％，节约燃料 50％。
高分子材料又称高分子化合物或高分子聚合物，是由单体聚合而成的分子量较高的化合物，其分子量高达几千几百万。
塑料、合成橡胶、合成纤维是当今三大有机合成高分子材料。
高分子化合材料除在武器装备中大量使用外，还可以代替高强度合金用于军用飞机，可大大减轻其重量，同时，高分子材料也广泛用于粘结兵器部件，尤其是非金属比例较大的火箭导弹部件。
装甲装备的概念装甲装备是指以钢板、陶瓷、复合材料等材料制造的具有防弹、防刺、防刺透、防炮火、防化学品等功能的物品。
装甲装备被广泛应用于军事、警察、安保、狙击手、特种部队等领域，以提供人员保护和作战优势。
装甲装备的概念可以追溯到古代，当时用金属或皮革等材料制作的盔甲被视为保护士兵免受战斗伤害的有效手段。
随着科技的进步，装甲装备的设计、制造和材料选择都得到了显著提升。
现代装甲装备通常由多层金属或陶瓷材料组成，以提供最佳的防护性能。
装甲装备的功能多种多样，除了提供防弹和防刺的保护，还可以提供防护德步枪、机枪、炮火等各种弹药打击的能力。
装甲装备不仅可用于人体，还可以应用于车辆、船只、飞机等各种交通工具，以提供乘员的安全保护。
此外，装甲装备还可以提供抗化学、生物和辐射等危险物质侵蚀的能力，为操作人员提供更安全的工作环境。
在军事领域中，装甲装备在陆军、海军和空军的战斗中起着重要作用。
装甲车辆如坦克和装甲运兵车在战场上发挥重要作用，可用于攻击、防守、侦察、提供火力支援等多种任务。
装甲舰艇如航空母舰和舰队护卫舰可以在海上提供强大的战斗力量和舰员保护。
装甲飞机如战斗机和攻击机可以执行空中打击和侦察任务，保护飞行员免受敌人的攻击。
在警察、特种部队和安保领域中，装甲装备被广泛应用于恶劣环境下的特殊任务。
例如，突袭队、爆破小组和狙击手等特种部队在执行任务时需要具有出色的防护性能，以保护自己免受敌人的袭击。
同样，安保人员在恶劣环境中也需要装备装甲装备来保护自己和他人的安全。
随着科技的不断进步，装甲装备的设计和制造技术也在不断发展。
现代装甲装备采用了先进的材料，如钢板复合材料、陶瓷复合材料和纳米材料等，以提高防护性能和舒适度。
此外，一些装甲装备还配备了电子设备，如导航系统、通信设备和生命监测系统，以提供更好的战时效能。
尽管装甲装备在保护人员和提供作战优势方面发挥着重要作用，但它也有一些限制和缺点。
首先，装甲装备通常较重，会给装备者带来额外的负担，影响其灵活性和机动性。
《陶瓷-金属复合装甲的陶瓷结构仿生设计与3D打印》陶瓷-金属复合装甲的陶瓷结构仿生设计与3D打印一、引言随着科技的不断进步，装甲材料的设计与制造技术也在持续地革新。
陶瓷/金属复合装甲以其优异的抗冲击性能和防护能力，逐渐在军事和民用领域得到了广泛的应用。
本文将探讨陶瓷/金属复合装甲的陶瓷结构仿生设计以及3D打印技术在制造过程中的应用。
二、陶瓷/金属复合装甲的背景及重要性陶瓷/金属复合装甲由高硬度的陶瓷材料与金属基体复合而成，具有优异的抗冲击性能、高强度和良好的韧性。
这种装甲在军事上用于保护坦克、装甲车等重要装备，同时也广泛应用于民用领域，如汽车、火车等交通工具的防护。
其设计制造的复杂性和精密性要求较高，因此，对陶瓷结构进行仿生设计和采用3D打印技术成为了研究的热点。
三、陶瓷结构仿生设计原理陶瓷结构仿生设计基于自然界生物的防护机制，通过模仿生物体的结构特点和力学性能，提高陶瓷/金属复合装甲的防护能力。
设计过程中，需考虑以下几点：1. 生物仿生学原理：借鉴生物体（如贝壳、骨骼等）的微观结构和力学性能，优化陶瓷材料的组成和结构。
2. 力学性能分析：通过有限元分析等方法，对陶瓷材料在冲击载荷下的应力分布、裂纹扩展等力学性能进行分析，以提高其抗冲击性能。
3. 结构设计：根据实际需求，设计合理的陶瓷层厚度、形状和布局，以提高整体装甲的防护效果。
四、3D打印技术在陶瓷/金属复合装甲制造中的应用3D打印技术作为一种新兴的制造技术，具有制造复杂结构、快速成型等优点，在陶瓷/金属复合装甲的制造过程中发挥了重要作用。
具体应用如下：1. 快速原型制造：通过3D打印技术，可以快速制造出陶瓷/金属复合装甲的原型，缩短研发周期。
2. 复杂结构制造：3D打印技术可以制造出复杂的陶瓷结构，满足不同部位的防护需求。
3. 材料优化：通过调整3D打印过程中的参数，可以优化陶瓷材料的组成和结构，提高其力学性能。
五、实践案例分析以某型坦克的陶瓷/金属复合装甲为例，采用仿生设计和3D 打印技术进行优化。
甲与弹的对抗，最早可以追溯到冷兵器时代的箭与甲，火器时代开始以后，随着弹的飞速发展，原始意义上的甲逐渐退出了历史舞台，这个时期，火器对人员的杀伤只能用恐怖来形容，而这个时期（自火器时代的开始到坦克出现为止）可以说，甲处于绝对劣势的状态，这个时期步兵只有钢盔可以为头部提供有限的防护，而装甲汽车因为动力不足和越野性能差，无法大规模使用，导致野战时步兵冲锋过程中几乎没有丝毫防护，伤亡触目惊心。
事情到了1916年9月15日开始出现了重大转机，在这一天，有49辆菱形的钢铁怪物投入了当时陷入僵局的索姆河前线，轧轧的履带碾碎了德军的防线，人类陆战史上划时代的兵器诞生了，英国人为了保密，给这一兵器取名“tank”原意为水箱，后来成为这一武器的正名，坦克，一个现代陆战史上划时代的兵器诞生了在初期，坦克的防御都是靠铆接的高碳钢板，到二战结束后，焊接和铸造等更加牢固可靠的装甲连接方式开始在坦克上投入使用，再加上合金钢的应用以及倾斜装甲理论的提出，使得坦克的防护水平不断的取得飞跃式提高，不过，在这一时期，防护力的提高，还是主要靠增加装甲厚度来实现的，但是单纯依靠提高厚度的思路有很大的局限性，因为受到动力系统技术水平和通过性的限制，坦克不可能造得太过沉重（倾斜装甲并不节省重量，所以不能靠倾斜化来解决这一问题），于是，在材料上想办法，通过改变装甲材料的成分等来提高防护的想法被提出来，复合装甲呼之欲出。
下面，就让我们来分析一下复合装甲的相关问题（2）关于复合装甲的定义复合装甲，顾名思义，即复合材料构成的装甲，一般来说，是由一种或者几种物理性能不同的材料，按照一定的层次比例复合而成，依靠各个层次之间物理性能的差异来干扰来袭弹丸（射流）的穿透，消耗其能量，并最终达到阻止弹丸（射流）穿透的目的，按照这一思路不断完善的轨迹，让我们来看看这一坦克防护方面革命性的技术的发展历程（3）雏形二战时期，德军在其坦克上大量使用了表面硬化装甲，即在装甲钢的表面通过渗碳等工艺，形成一个硬化层，其防护机理是：靠高硬度表面撞碎来袭弹丸，并靠韧性相对较高的背板来吸收弹丸的动能，从而达到阻止弹丸穿透的目的，而这一时期的穿甲弹，大多数都是高硬度钢制作弹芯的普通AP，只要表面硬化层硬度足够，这一理念是绝对可行的，而那个时代的HEA T还很不成熟，很不稳定，还不足以对装甲构成无法防御的致命威胁，APCR（HV AP，次口径高速穿甲弹）才刚刚起步（直到二战末期才被美军大量使用）。
塑料在国防工业中的应用塑料特别是其中的树脂基复合材料，工程塑料，功能塑料等，以其优越的耐化学性，耐腐蚀性，轻量化，可变的力学性能等在兵器中获得了广泛的应用。
已成为实现兵器轻量化，快速反应，高威力，大射程精确打击，高生存力的关键材料，国外发达国家均把塑料其及复合材料列入重点发展计划。
美国国防部今后5年主要强化科学技术上投资，并将材料与工艺列入7大需求牵引力量之一，属先进地面战最优先发展技术。
在投资方面仅复合材料经费列在关键技术21项中的第5位，从1992年经费为2。
21亿美元，占全部新材料经费的20%，足以见渲厥映绦颉＞莨□庠げ庠诮窈?0~20年世界军用材料将发生重大变革，塑料及其复合材料成为新材料研究及其应用的重点和优先发展的新材料，其用量将会在取代金属制品的应用中发挥愈来愈大的作用。
就美国而言，1985~1990年间用量总价值为20亿美元，占美国全部塑料用量的4%。
1990年军用特种复合材料制品的增长是非军事应用量的两倍，平均年增长率为7。
5%，到2000年或2010年塑料及其复合材料可占军用结构材料的78%，而钢铁仅占预示着到2000年之后塑料及其复合材料将进入全面应用的成熟时期。
军用材料也从钢铁时代和轻质铝合金时代进入塑料及其复合材料时代。
国产新款9毫米冲锋枪现身使用塑料弹匣折叠枪托塑料及其复合材料的综合性能也适合于高新兵器的发展需求。
玻璃钢早已用于兵器，先进塑料及其复合材料已开始由战略武器向常规兵器应用推广，对兵器的轻量化，抗弹药，隐身，耐热和军用电子技术的发展均起到重要的作用。
自80年代初美国提出地空战战略以来，采用塑料及其复合材料，工程塑料等轻质材料以促进兵器轻量化的工作一直在进行之中，在战车，枪炮，弹药，战术火箭导弹上均取得重大进展，现已出现3kg以下的机枪，1人发射的战术火箭导弹，正在研制3t以下的155mm 牵引榴弹炮，全塑料战车，美国MI和MIAI主战坦克拟采用塑料及其复合材料造49部件进行现役装备改造。
陶瓷复合装甲材料的研究和发展康永;柴秀娟【摘要】陶瓷复合装甲由于在防护领域的应用背景而引起人们的广泛关注,本文综述了陶瓷复合装甲材料的研究和发展方向.【期刊名称】《佛山陶瓷》【年(卷),期】2011(021)001【总页数】2页(P44-45)【关键词】陶瓷;装甲;材料【作者】康永;柴秀娟【作者单位】陕西金泰氯碱化工有限公司,榆林,718100;陕西金泰氯碱化工有限公司,榆林,718100【正文语种】中文新材料技术在军事上的用途十分广泛，可提升武器装备的性能，在军事领域新材料技术正向高功能化、复合轻量和智能化的方向发展。
陶瓷材料作为一种先进的高技术材料，它具有种高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨性和重量轻的特点，不仅应用在坦克的防护上，也应用在飞机、舰船、车辆、关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上，它的应用范围越来越广泛。
实践表明，世界上许多先进坦克的防护装甲采用高性能陶瓷后，防护能力明显提高，陶瓷已经成为复合装甲不可缺少的材料之一[1]。
但是，陶瓷材料的易脆性是阻碍它应用的主要原因。
目前，改进陶瓷脆性的研究已取得了较大进展，主要的途径是通过复合，提高陶瓷的强度、韧性。
目前对于均质装甲的侵彻和损伤机理的研究在国内外已经发展成熟，但对于由陶瓷组成的复合装甲的侵彻和损伤机理研究相对较少，而国内在这个领域的研究也属空白，这是由于这种装甲的结构和材料的复杂性所致。
2.1 碳化硅基陶瓷复合装甲材料碳化硅陶瓷是一种高性能装甲材料。
其高的动态压缩屈服强度，使弹芯在侵彻装甲板的过程中，产生大的塑性形变，消除弹芯材料，降低弹的动能，削弱弹的侵彻能力。
但是，目前这类陶瓷复合装甲仍不能装备轻型装甲战车，主要原因是: （1）价格太高，高性能碳化硅的价格在110～220美元/kg之间；（2）脆性使陶瓷装甲系统抗多发弹攻击能力差。
该陶瓷装甲遇弹丸撞击时发生碎裂，常常使相邻陶瓷也发生破坏，降低整体陶瓷装甲系统的抗弹能力。
为此美国FMC公司采用氮化铝和碳化硅复合，成功地解决了上述问题。
Ｆ一１３玻璃钢学会第十五届全国玻璃铝／复合材料学术年会论文集２００３年装甲车辆上用轻质装甲材料综述＋杨洪忠邱桂杰（北京玻璃钢研究设计院１０２１０１）摘要：本文综合阐述了由陶瓷、钢板及复合材料等复合而成的结构／功能一体化轻质材料在装甲车辆上的应用现状。
对不同类型纤维增强复合材料的性能、防弹材料的性能以厦复合材料的防弹机理进行了阐述。
文中还介绍了结构／功能一体化轻质装甲材料中复合材料的成型工艺。
关键词：轻质装甲材料复合材料性能防弹机理成型工艺入１日Ｕ青现代科学技术的飞速发展及其在常规攻击武器系统上的大量应用，攻击武器系统取得了长足的发展，坦克车辆的金属防护层越来越厚，其战斗全重越来越大，严重影响作战的机动性能和快速反应能力。
在坦克车辆发动机功率一定的情况下，为了提高其作战机动能力，应尽量减轻自身重量。
传统的金属材料越来越难以满足新型坦克车辆的综合战技指标要求．为了实现减轻自重、提高坦克车辆防护性能、增强战场突防能力，迫切需要应用轻质高强、具有良好抗弹性能和优良耐疲劳陆能的轻质材料替代传统的金属材料。
用于坦克装甲车辆的轻质材料不仅要重量轻，同时必须满足抗弹、隐身、减震降噪、三防、阻燃等性能要求，现代侦察技术、攻击性武器制导技术、核辐射等的发展对坦克车体防护提出了更高的要求。
传统的金属材料单独使用已不能满足各方面的需求。
纤维增强复合材料具有比强度高，比模量高、性能可设计性强、电性能好及耐疲劳性好等特点，将其与传统的防弹材料，诸如陶瓷、钢板等进行复合得到结构／功能一体化的轻质装甲材料，降低装甲车辆战斗全重达３０％以上，实现机动性和防护能力的统一，提高了车辆的生存能力。
２国内外发展现状与趋势２０世纪５０一６０年代是均质铝合金装甲结构材料的时代。
从７０年代开始，国外广泛采用氮化硅、碳化硼等高温结构陶瓷与高性能金属、有机复合材料（Ｋｅｖｌａｒ纤维复合材料）研制成多层结构复合材料，用于坦克及轻型装甲车辆中。
如美国“艾布拉姆斯”（Ｍ１Ａ１、Ｍ１Ａ２）、法国“勒克来尔”、德国“豹２”等都装备了陶瓷复合材料的主甲板，不过这些都只是轻质装甲材料单一性能的体现，并没有作为结构件使用。
台湾媒体揭秘中国坦克复合装甲[编者按]中国对军事装备一向保密甚严，以至于海外媒体经常会凭借一些不着边际的流言蜚语，发表“中国军情重大进展”等言论，一再闹出国际笑话。
近期，台湾《军事家》杂志就刊出了有关中国主战坦克复合装甲的报道，号称揭秘中国坦克复合装甲。
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矛与盾的竞争从某种意义上讲，坦克的发展史，就是坦克装甲不断增厚的历史。
坦克的防弹能力不单和装甲厚度有关，同时也与装甲的抗弹能力有关。
二战时期，国民党部队英制坦克的装甲，就比日本坦克同样厚度的日制镍铬钢板更坚固。
纳粹德国的坦克由于缺乏镍铬原料，不得不采用表面渗碳等复杂工艺保证其抗弹能力。
而战争中期苏联生产的坦克，由于战时简化工艺，同样厚度的装甲，其抗弹能力比战前生产的坦克差很多，而在中国坦克博物馆展出的上世纪50年代的苏制T-54坦克，其装甲表面有冲击的痕迹，据说采用冲击强化工艺以增强抗弹力。
上世纪60年代，世界一线主战坦克前主装甲厚度发展到了200毫米上下，坦克的重量也接近到一个极限。
要维持过桥能力和运载的方便性，主战坦克的重量和装甲就不能再大幅度增加。
为解决这一难题，苏联首先在其T-72主战坦克上创造性地使用复合装甲。
具体来说，就是前装甲共三层，外层为80毫米厚钢质装甲，中间层为104毫米厚的玻璃纤维板，内层为20毫米厚的钢质装甲，即钢板中夹带玻璃纤维板。
同厚度的玻璃纤维板的抗弹能力不及同等厚度的装甲钢，但同重量的玻璃纤维板其抗弹能力却要超过同重量的装甲钢。
这样，通过采用复合装甲，苏联T-72主战坦克在重量只增加4吨的情况下，前主装甲抗穿甲弹能力几乎增加50％，接近300毫米均质装甲钢的防护水准；抗破甲弹能力几乎增加90％，达到约600毫米均质装甲钢的防护水准。
同一时期，美国等西方国家也开始研制复合装甲。
70年代，英国首先研制出“乔巴姆”复合装甲。
美国在M1主战坦克上采用了“凯夫拉”和钛板夹层复合装甲，后来又采用贫铀加以强化。
装甲材料的种类及要求在现代高科技战争中，作战人员和武器装备的防护日益受到重视，因此对装甲材料也提出了越来越高的要求。
1装甲材料首先要满足弹道性能要求,要求有高的抗侵彻能力、抗冲击能力和抗崩落能力。
抗侵彻是装甲阻止弹丸部分或全部贯穿装甲的能力。
抗冲击是装甲能够吸收无论是冲击性弹丸，较大口径榴弹或碎甲弹爆炸等反装甲所消耗的能量，而不产生裂缝或开裂的能力。
抗崩落性是装甲阻止开裂，分层崩落或碎裂脱离装甲板的性能，尤其是正对着弹着点未知的背面。
2装甲材料要有良好的工艺性能，满足使用要求，尤其是焊接性能要求。
装甲壳体是由各个装甲件通过焊接组合而成的，故要求有良好的焊接性。
3材料设计要考虑气候环境具体条件和车辆使用条件。
4材料设计要考虑使用的可靠性和方便性，要便于维修，特别是野战条件下的使用和修理。
5现代装甲材料除此之外，在装甲的设计过程中还应该充分考虑材料的质量和成本等因素。
简言之，装甲材料应尽可能满足高硬度、高强度、高韧性、低密度和低成本的要求随着反装甲武器技术的高速发展，武器装备的战场生存能力对装甲防护材料的性能提出了更高要求，这促进了装甲防护材料的更大发展。
装甲防护材料正朝着强韧化、轻量化、多功能化和高效化的方向发展。
坦克装甲经历了均质装甲、间隙装甲、屏蔽装甲、复合装甲、反应装甲、贫铀装甲、模块装甲以及用各种附加装甲和辅助设施加强主体装甲的发展历程. 装甲材料也从最初的钢材发展到现在的铝合金、复合材料、陶瓷等高科技材料。
目前有两种类型的装甲应用最为广泛，即被动式装甲和反应式装甲。
在作用机理上，被动式装甲依靠自身的装甲特性抵御弹丸的攻击，包括均质装甲、各种复合装甲；而反应式装甲则通常利用弹丸激励装甲材料产生动能反应、又反作用于攻击弹丸。
复合装甲，用单一材料制成的，如钢装甲、铝合金装甲，又称均质装甲。
随着反坦克炮弹、导弹和火箭弹的穿透力不断增大，均质装甲抵御不了这类武器的攻击。
继续增加装甲的厚度固然可以提高坦克的防护力，但增加装甲度势必增加坦克的重量，影响坦克的机动性。
1999年 玻璃钢/复合材料 1999第3期 Fiber Rein forced Plastics/C om posites №3复合材料在坦克装甲防护中的应用黄 英 刘晓辉 李郁忠(西北工业大学 西安 710072)摘要: 坦克装甲防护复合材料是主战坦克防护系统的重要组成部分,本文介绍了几种目前用于主战坦克装甲防护用聚合物基复合材料,着重阐述了其特点及应用现状,并指出了未来的坦克装甲防护系统中复合材料的应用趋势。
关键词: 坦克装甲 复合材料 防护1 引 言坦克问世已经80多年,从第一次世界大战中的初露锋芒,到90年代世界各国进行新概念坦克的预研,它的发展史可以看成“甲”与“弹“的斗争史。
目前研制的新一代坦克与现有的坦克在许多方面不同,它的装甲防护越来越强,生存力和杀伤力大幅度提高,但未来的地面和空中反坦克火力、穿破甲威力也将有长足的发展,因此,了解目前坦克防护系统的发展状况和未来的坦克装甲防护措施,是提高坦克防护水平的重要前提。
2 几种典型的聚合物基坦克装甲防护复合材料坦克装甲的作用主要是抵御动能穿甲弹、空心装药破甲弹和核武器的贯穿辐射。
坦克某一部位的装甲防护能力,与装甲材料的性能、厚度、结构、形状等因素有关。
目前,坦克采用的装甲有均质装甲与非均质装甲两大类。
均质装甲是采用化学成分、金相组织和机械性能基本相同的中碳钢与轻合金制成的。
非均质装甲又分复合装甲、表面硬化装甲、屏蔽装甲、反应装甲。
由于大威力穿甲弹和高能破甲弹的发展,对均质钢穿深已接近650mm,破甲达到1000mm以上,而具有潜力的非均质装甲,如多功能复合装甲的研制日益受到重视,其中聚合物基复合材料的应用也日趋广泛,本文将对其中几种典型材料做一介绍。
2.1 玻璃钢用于坦克装甲防护美国从二次大战时就已开始进行玻纤增强塑料装甲的研究,并研制成功了玻纤/聚酯装甲材料。
80年代出现的S-2玻纤复合材料可作为较廉价的抗弹装甲材料。
对于同一口径、同一种类的弹丸,玻璃钢复合装甲的抗弹能力可达到钢的3倍以上。
美国陆军材料与力学研究中心(AM MRC)用它制造履带和轮式车辆的结构装甲。
美国弗里曼公司用丙烯酸-异氰酸酯互穿网络聚合物(IPN)树脂作复合材料的基体与S-2制造厚层压板,以制造防弹装甲。
原苏军用玻璃钢复合装甲装备T-72、T-64Б和T-80坦克,这些坦克的车首上装甲是钢+钢+玻璃钢+钢+内衬的五层结构,这种复合装甲可以吸收动能弹的大量能量。
德国的布洛姆-福斯公司也研制了类似的结构系列,其中一种已装在德国陆军和丹麦陆军的“豹”1A3主战坦克上,它的防护能力达到采用焊接炮塔的“豹”1A4主战坦克的水平,同时也为AMX-30和M48坦克以及M113装甲车研制了此类装甲。
玻璃钢、塑料、钢和陶瓷等材料制成的复合装甲除用于坦克装甲车辆外,还可用于各种载重汽车和后勤支援车辆上的模块化装甲,以防枪弹和炮弹破片。
在武装直升机、运输机和通信联络直升机上玻璃钢也用于装甲防护复合材料结构中。
图1 弹丸在多层复合材料结构中产生冲击波及其传播示意图复合装甲即为在钢装甲间夹着按一定比例和厚度配置的陶瓷、铝合金和纤维等抗弹材料的多层结构。
各层材料、厚度、连接方式、细微结构和形状等的不同组合可获得不同的防护效果。
玻璃钢用于复合装甲有下面三种典型的型式:(1)夹层复合装甲,即在面板与背板之间有玻璃钢夹层(图1),当破甲弹引爆后,射流将穿过双板结构,产生的冲击波在双板之间反复反射和透射而发生振荡,从而使背板沿法线方向发生弯曲变形,对射流产生持续的侧向干扰作用,使射流的侵彻34能力大大降低;(2)蜂窝复合装甲,玻璃钢为基体,基体内的钢筋呈椭圆形截面,此种钢筋起到进一步阻止弹丸侵彻的作用;(3)多层复合装甲(图2),第一层的细钢丝网层可以剥去弹丸的外壳,第二层的高模量钨丝网可使弹芯破裂,并由后三层装甲大量吸收收能丸的能量,以阻止弹丸侵彻。
图2 多层复合装甲结构图2.2 工程塑料用于坦克装甲防护为适应未来战争的需要,除应首先考虑多功能复合装甲和车体结构材料外,还要求坦克车辆具有多功能内衬与隔舱化防护。
因为坦克装甲车辆一旦被击穿,穿甲和射流以及强大的冲击波会引起二次杀伤,并会起火引爆车内的弹药和油料,若遇中子弹袭击还会有核辐射,这将对乘员生命和作战能力构成重大的威胁。
在同反装甲武器的竞争中,坦克装甲采用了在间隔中设置水、柴油和弹药等物质的间隔装甲,由纤维、陶瓷和塑料等材料组成的复合装甲,以及钢板中夹炸药的爆炸反应装置。
这些装甲组成的材料含有大量氢、碳和氧元素,可吸收中子,在抵御反坦克武器的同时,不同程度降低了中子弹对乘员的危害。
据有关方面的研究,约2cm 厚的特制塑料层,能减弱中子攻击1000倍。
国外已将含铅泡沫塑料、铝与聚甲基丙烯酸甲酯复合物以及聚氯乙烯等的混合物分别用作前苏联T -72坦克、德“豹”2坦克与英国装甲车辆的中子防护层。
另据报导,在复合装甲的尼龙材料中添加重核元素和快中子慢化剂及慢中子吸收剂,可以吸收、屏蔽中子,取得较好的防中子辐射效果。
坦克车辆中可以利用的空间有限,致使采用金属材料加工形状复杂的油箱比较困难,故可采用工程塑料来成型防弹油箱。
如采用泡沫聚氨酯、聚乙烯及玻璃纤维增强环氧树脂制成防弹油箱。
以色列的“梅卡瓦”坦克采用玻璃钢制的防火弹药箱,也起到了较好的防护效果。
2.3 K evlar 纤维复合材料用于坦克装甲防护对于主战坦克的设计来说,坦克重量的限制是一个棘手的难题。
要提高其防护能力,必须加厚装甲,但这样不仅增加坦克重量,影响其机动性能,同时又会妨碍其它装置的设计。
由于K evlar 纤维的比重比玻璃纤维约小一半,在防护能力相同的情况下,其重量可减少近一半。
在给定重量下的K evlar 纤维层压板防弹能力是钢的5倍左右,并且K evlar 纤维层压薄板的韧性是玻璃钢的3倍,故在受到弹丸攻击时,可吸收大量的冲击动能,是钢、铝、玻璃钢装甲的理想代用品,但价格较高。
近年来,K evlar 纤维复合材料已用于装甲材料,如美M -1主战坦克采用“钢-K evlar -钢”型的复合装甲。
它能防中子弹、防破甲厚度约700mm 的反坦克导弹,还能减少因被破甲弹击中而在驾驶舱内形成的瞬时压力效应。
在M1A1坦克上的主装甲也采用K evlar 纤维复合材料制造,可防穿甲弹和破甲弹。
在美M113装甲人员输送车内部结构的关键部位装K evlar 装甲衬层,可对破甲弹、穿甲弹和杀伤弹的冲击或侵彻提供后效装甲防护。
各国在坦克易中弹的炮塔和车体各部位,普遍安装附加装甲和侧裙板。
现也可采用K ev1ar 纤维复合材料制成“拼-挂”式附加装甲的背板,以提高铝装甲或钢装甲防弹及防破片的能力。
制造附加装甲的K ev1ar 纤维层压薄板通常含有9%～20%的树脂.在重量相同的情况下,K evlar 与铝甲板的复合装甲的防护力较铝装甲大一倍。
由于K evlar 纤维复合材料具有上述特点,目前美国已订出K evlar 纤维复合装甲的技术规范。
3 复合材料在坦克装甲防护中的应用 趋势随着自动化技术和智能技术的不断发展,未来的主战坦克将在更加复杂、恶劣的环境中作战,在这种环境中,主战坦克若要克敌制胜,提高生存力,在考虑基本设计之外,应综合运用各种先进技术,其中装甲防护是坦克获得生存力的主要手段之一,而现代装甲技术的迅速发展,与高技术、新材料的发展息息相关,下面将着重介绍在未来坦克装甲防护中复合材料的应用。
3.1 采用复合材料制造坦克车体、炮塔,以提高其机动性装甲和反装甲武器之间的激烈竞争,使目前各国的坦克装甲不断加厚、加重,导致坦克的重量剧增。
目前,各国现役的新一代主战坦克,重量一般达到50t 左右,影响坦克机动能力的提高。
美国己试验成功增强塑料车体的步兵战车,如复合材料“布雷得利”步兵战车的车体重量比常规车体轻27%。
据计算,采用复合材料的装甲车装甲重量将减少35%～40%。
采用复合材料装甲不但能减轻重量、降低成本,而且可增加战斗负荷,提高战场生存能力。
普通坦克常因中弹着火44而严重毁损,而复合材料车体着火的装甲内壁温度不会明显升高,可防止乘员烧伤或弹药引燃,且中弹后无金属崩落现象,车体易修复。
由于上述优点,近年来复合材料已成功用于现代坦克上,如M1A1,T-80,“豹”2等坦克均不同程度地使用复合材料,并且已由非承力部件逐步发展到用于主承力件。
由于复合材料的大量使用,使坦克的机动能力大大提高。
3.2采用复合材料,以满足坦克隐形的要求提高坦克战场生存能力还必须合理设计坦克外形,采用圆滑过渡的外表面,减少平面结合处的棱角,从而减少雷达波的有效反射面积。
坦克金属装甲的固有的弱点是雷达信号特征明显,易被敌方的红外、雷达等光电探测器材发现。
复合材料不仅比重小,强度高,防弹性能好,还具有下述特点:对光波和雷达波反射比金属弱,并可吸收部分雷达波;具有材料性能和结构外形的可设计性,以制成具有最佳隐形结构外形;可减少各发热部位的红外辐射和抑制车辆的推进噪声,使坦克的各种主、被动信号减少到最低限度。
近年来,一些国家研制成功可以吸收、屏蔽雷达的K ev1ar纤维复合材料。
美国研制的高强度S-2型玻璃纤维增强模压热固性复合材料、荷兰新近研究的超高强度聚乙烯纤维复合材料,都具有上述特点,是一种可供装甲车辆外形使用的很有前途的隐形材料。
3.3 采用三维织物复合材料三维织物复合材料具有高强度、高刚度、抗冲击性能好的特点,因此将其用于坦克装甲材料不仅具有一般复合材料的特点,还可进一步提高坦克的防护能力。
目前,国外已有专利报道将其用于复合装甲,并拟采用此种结构复合材料制造坦克装甲车辆的车身、车底、炮塔、座椅等。
3.4 反应装甲中的高效吸能材料与灵敏装甲中使用的高分子材料随着反坦克武器威力的增大,反应装甲技术也迅速发展。
最近出现的新型反应装甲,采用金属夹层结构,但其夹层不是惰性材料、炸药,而是一种非爆炸性的高效吸能材料,该材料是一种高韧弹性体(或微孔弹性体),也可采用塑料、复合材料,它能起到破坏射流和吸收弹性波能量的作用,可以提高装甲材料的抗弹性能,同时在使用上也比爆炸反应装甲安全。
灵敏装甲与传统的被动式装甲不同,它可主动改变弹九或射流的动量方向,若这种灵敏装甲的某部位受到破坏,还可自行修复。
在灵敏装甲层以下有多个装有引发剂的小型球体,球体周围为单体材料。
当弹丸撞击使球体破裂时,引发剂从球体中释放出来,与周围的反应物聚合,得到的高分子材料可用以填补受攻击后装甲的缺陷。
4 结束语在今后的一段时期,主战坦克仍是陆军的主要突击兵器,因此世界各国都在积极研究新一代的主战坦克,这必然使未来的坦克在火力系统、防护系统、动力系统、电子系统有重大地突破性进展。
在坦克装甲防护系统的研究中,既要重视各种高性能金属材料、复合材料、陶瓷的使用,又要考虑军事技术的发展和未来战争中坦克的生存环境,使未来的主战坦克能满足21世纪的作战要求。
