裝甲防護新材料與技術(shù)打造“軍工戰(zhàn)神”料研究方面取得重大進展
現(xiàn)代戰(zhàn)爭的對抗程度空前激烈. 遠程攻擊、戰(zhàn)場流彈、預(yù)置破片等高性能武器爆炸形成的全方位、立體式、高密度的破片襲擊造成嚴重的車輛損壞和人員傷亡。為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式的轉(zhuǎn)變, 對軍用車輛防護水平要求越來越高, 研究軍用車輛裝甲防護技術(shù), 提高軍用車輛戰(zhàn)場防護水平尤為重要。
裝甲防護
裝甲防護材料性能及應(yīng)用
國內(nèi)外裝備裝甲防護材料主要有防彈玻璃、防彈鋼板、防彈陶瓷、防彈高強玻纖、防彈芳綸纖維、防彈PE 纖維等。
1、 防彈玻璃
防彈玻璃
目前防彈玻璃主要是由無機玻璃與有機材料復(fù)合而成, 其主要有以下幾種:
(1)浮法玻璃與PVB 中間膜的夾層復(fù)合
該方法是多層浮法玻璃中間用聚乙烯醇縮丁醛中間膜粘結(jié)并經(jīng)高溫高壓處理使它們復(fù)合在一起而成為一透明整體, 形成具有防彈能力的玻璃.這種防彈玻璃的優(yōu)點是光學性能非常優(yōu)秀, 并表現(xiàn)出良好的抗沖擊性能, 同時耐環(huán)境穩(wěn)定性好、不易老化、壽命長、成本較低、容易維護; 缺點是體積質(zhì)量大, 適合安裝于固定的場所使用。
(2)夾層玻璃與有機透明板疊加或復(fù)合
這種防彈玻璃有兩種形式, 一種是在一層夾層玻璃的后面放置一層有機透明板材, 夾層玻璃置于有機透明板之前作為著彈層, 這是疊加方式.另一種是玻璃與聚碳酸脂板、(PC板)直接復(fù)合為防彈玻璃,粘接材料為聚氨脂膜(PU 膜),生產(chǎn)工藝方法與PVB 夾層法類似.上述兩種方法由于使用了較多的有機材料, 與PVB 玻璃相比有以下特點:
第一, 體積質(zhì)量小, 在相同厚度或相同質(zhì)量的情況下防彈能力強; 第二, 該種防彈玻璃在受到槍擊時只要不被子彈穿透就不會有飛濺物產(chǎn)生; 第三, 有機材料的剛性遠不及玻璃。由于有機材料的熱膨脹系數(shù)與玻璃不同,易產(chǎn)生變形, 光學性能也不易控制; 第四, 有機材料直接暴露于大氣中易被老化, 材料表面硬度低, 極易被劃傷, 因此使用壽命較短。此外, 這種防彈玻璃的成本非常高, 一般在車輛、船舶、飛機上使用。
軍用車輛宜選用夾層玻璃與有機透明板復(fù)合而成的防彈防暴玻璃,它是由優(yōu)質(zhì)安全玻璃與進口高強度PC 板(抗沖擊強度為玻璃的250倍的聚碳酸脂)通過PVB膠片(聚乙烯醇縮丁醛中間膜) 采用高壓聚合而成。質(zhì)量只是普通防彈玻璃的65%, 并且具有很強的抗沖擊性、阻燃性、透光性好和無飛濺物等特點。該種防彈玻璃價格適中, 易被一般用戶采納, 使用壽命長, 可與建筑物或車輛等長久共存。
2、防彈鋼板
防彈車輛
金屬防彈材料(包括防彈鋼、鋁合金、鈦合金等)從過去到現(xiàn)在一直廣泛應(yīng)用于軍用(坦克、裝甲車等)和民用防護(運鈔車、武警、公安防爆車及防彈轎車)領(lǐng)域,且隨著武器彈藥對裝甲防護材料的抗侵徹能力、抗沖擊能力和抗崩落能力的要求的提高, 金屬防彈材料從普通鋼裝甲發(fā)展到高硬度鋼裝甲、雙硬度鋼復(fù)合裝甲、乃至鈦合金裝甲,防護能力不斷提高.裝甲鋼材料主要為Cr2Ni2Mo合金系列裝甲鋼, 其通過調(diào)整碳含量來改變裝甲鋼板的硬度, 將裝甲鋼板以硬度值HRC50 分類, 24C、28C、30C 的硬度小于或等于HRC50, 屬于高硬度裝甲鋼;39C 和44C 的硬度大于HRC50, 屬于超高硬度裝甲鋼。
隨著碳含量的增加, 裝甲鋼板的強度和硬度提高, 塑性和韌性下降。
用于防輕型機槍的防彈板有兩大類: 一類為熱軋板材, 以SSAB 公司的DomexProtect(Defend)250 和300 為代表.這類鋼板的抗拉強度為900~1000MPa, 綜合性能好,板厚3.0~3.2mm,其冷加工性、冷彎性能(d=2a 180℃不開裂)、可焊性等性能良好。另一類為熱處理鋼板,是通過對熱軋板進行淬火、回火熱處理來提高強度以滿足其防彈要求。瑞典的DomexProtect(Defend)500 是其典型牌號之一。其抗拉強度大于1500MPa, 用于防輕型沖鋒槍時, 其厚度可減至2.4~2.6mm; 防56 式?jīng)_鋒槍時其厚度為4.5mm。冷彎半徑需大于18mm, 同樣具有良好的可焊性。這類鋼是將微合金化的C-Mn鋼。通過控軋或熱處理來獲得上述性能的。冶煉時盡可能降低P、S和O含量, 降低夾雜物, 以保持鋼的可加工性。
傳統(tǒng)金屬裝甲材料如鋼板密度大, 大殺傷力及爆炸力強武器要求裝甲必須達到一定厚度, 而使用過厚過重的鋼板裝甲, 對于車輛、船舶、飛機來說就必須犧牲其有效載荷。同時過重的裝甲材料使其不易操縱、減小靈活性并增加了發(fā)動機的故障率。
3、 防彈陶瓷
防彈陶瓷坦克
1918 年, 人們發(fā)現(xiàn)在金屬表面覆蓋一層薄而硬的搪瓷, 便可提高其抗彈性能, 故該技術(shù)一戰(zhàn)期間用于坦克。60 年代以后采用Al2O3 陶瓷面板裝甲與鋁或玻璃鋼背板粘結(jié)制成復(fù)合防護裝甲, 可防高速彈丸的侵徹,后來又陸續(xù)出現(xiàn)了B4C、SiC、Si3N4 等陶瓷裝甲材料。
陶瓷是一種脆性材料, 在收到?jīng)_擊時容易破碎, 通常不單獨做成防護裝甲, 而是與金屬和其它纖維材料一起做成復(fù)合裝甲; 復(fù)合裝甲中使用的陶瓷通常被改成陶瓷塊,使得當某塊陶瓷被彈體擊碎時, 其它陶瓷塊還仍然有效。
陶瓷材料主要應(yīng)用于以對付中、大口徑長桿穿甲彈為首要目標的裝甲系統(tǒng), 這些彈藥主要采用燒蝕破壞機理,另外也應(yīng)用于防彈背心, 陶瓷與復(fù)合背面材料結(jié)合使用提供要求的防護能力.工程應(yīng)用中, 陶瓷復(fù)合裝甲廣泛用在坦克、裝甲車等裝備的防護裝甲上.但陶瓷材料塑性差、斷裂強度低、易產(chǎn)生脆性斷裂, 且不能二次防彈,此外, 其成型尺寸較小、生產(chǎn)效率低, 且因其具有極高的硬度和脆性, 二次成型加工十分困難, 特別是成型孔的加工尤其困難, 因而制備成本高, 使用局限性較大。
目前,用于防彈的三大陶瓷材料是氧化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)和碳化硼(B4C)。氧化鋁因其成本低而在防彈上得到更廣泛的應(yīng)用, 但其防彈等級最低、密度也最大; 碳化硼防彈性能最好、密度最小, 但其價格最為昂貴, 20 世紀60 年代就最先用來作為設(shè)計防彈背心的材料; 碳化硅陶瓷材料在成本、防彈性能和密度指標方面均介于二者之間.因而最有可能成為氧化鋁防彈陶瓷的升級換代產(chǎn)品。
4、 防彈高強玻纖
裝甲防護坦克
早在二戰(zhàn)期間, 美國已開始進行玻璃鋼裝甲的研究, 并成功研制了玻纖/聚酯裝甲材料。’裝甲材料, 成為第一代復(fù)合裝甲材料。其抗彈能力可達到鋼的3 倍以上。前蘇聯(lián)用玻璃鋼復(fù)合裝甲裝備T-72 和T-80 坦克, 其復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)為: 鋼+鋼+玻璃鋼+鋼+內(nèi)襯的5層結(jié)構(gòu), 這種復(fù)合裝甲可以吸收動能彈的大量能量。德國的布洛姆-福斯公司也研制了類似的結(jié)構(gòu)系列, 并已裝在德國陸軍和丹麥陸軍的"豹" 1A3主戰(zhàn)坦克上, 它的防護能力達到焊接炮塔的"豹" 1A4主戰(zhàn)坦克的水平。輪式車輛的結(jié)構(gòu)裝甲, 如美國聯(lián)合防務(wù)公司的"布雷德利" 復(fù)合裝甲型步兵戰(zhàn)車就采用了S-2 型高強玻璃纖維和聚酯樹脂模壓工藝制備的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。玻璃鋼還被用于武裝直升飛機、運輸機和通訊聯(lián)絡(luò)直升機的復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)材料。
高強玻纖最早由美國歐文斯-康寧(OC)公司開發(fā)研制, 其兼具優(yōu)異的抗彈性能、降噪和特征信號低等優(yōu)點, 能有效提高裝備的生存能力和快速反應(yīng)機動性能,其優(yōu)異的性價比更是其在裝甲防護領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。玻璃纖維復(fù)合材料本身的結(jié)構(gòu)強度也非常好, 而且生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉, 越來越多地作為結(jié)構(gòu)/功能一體化材料用于裝甲車體及結(jié)構(gòu)件。國內(nèi)南京玻纖院中材科技等企業(yè)已實現(xiàn)高強玻纖的工業(yè)化生產(chǎn), 獨立自主開發(fā)并規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)中HS2 號和HS4 號系列高強玻纖, 其中HS4 高強玻纖產(chǎn)品性能接近或達到美國S-2玻纖, 其制品有SW220和SW360緞紋高強度玻璃纖維布。
5、 防彈芳綸纖維
裝甲防護坦克
美國首先將芳綸復(fù)合材料制成防彈頭盔和防彈衣,接著又將芳綸纖維層壓板與陶瓷或鋼板復(fù)合, 用作坦克裝甲, 如美國MI主戰(zhàn)坦克采用"鋼+Kevlar+鋼" 型的復(fù)合裝甲, 它能防中子彈以及防破甲厚度約700mm的反坦克導(dǎo)彈, 還能減少因被破甲彈擊中而在駕駛艙內(nèi)形成的瞬時壓力效應(yīng).美國M113裝甲人員輸送車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位也裝備了Kevlar 襯層, 可對破甲彈、穿甲彈和殺傷彈的沖擊和侵徹提供后效裝甲防護。美國的V22Osprey軍用機和軍用直升飛機使用的防彈復(fù)合材料背板與陶瓷面板組成的復(fù)合裝甲是直升飛機最理想的輕質(zhì)裝甲。
6 、防彈PE 纖維
裝甲防護
UHMWPE 纖維是20 世紀70 年代由荷蘭DSM 公司進行工業(yè)化生產(chǎn).它是繼芳綸之后開發(fā)的另一種高性能纖維, 屬第三代防彈纖維.其最大特點是密度低, 僅為0.97g/cm3, 是芳綸的2/3、鋁的1/3 和鋼的1/8, 是已開發(fā)高性能纖維中最輕的一種.其比強度比芳綸高35%,而且由于該纖維有常規(guī)準靜態(tài)條件下較高的模量, 能造成高的聲速傳播, 從而使得它在防護子彈沖擊時的能量吸收和應(yīng)力波傳遞優(yōu)于其它纖維.UHMWPE 纖維是目前公認的防彈性能最好的纖維。
超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料(荷蘭和美國的商品名分別為Dyneema 和Spectra) 是具有優(yōu)異綜合性能的高性能纖維, 其特點是高強度、高模量、低伸長以及比水還輕的低密度, 具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐紫外線能力和抗切割、耐磨性, 而且吸濕小, 不受環(huán)境影響, 加之其氫原子含量高, 因而防中子和防? 射線性能優(yōu)良。
Dyneema 的防彈板主要用作車輛、坦克、飛機、直升飛機和艦船的要害部位等。
來源：中國腐蝕與防護網(wǎng)
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