氧化鋁陶瓷的防彈功能

         現(xiàn)代戰(zhàn)爭的勝負(fù)，仍然是解決矛和盾的問題。槍、炮、導(dǎo)彈是矛，防彈裝甲是盾，在反暴力、反恐怖的斗爭中和現(xiàn)代大規(guī)模戰(zhàn)爭中，防彈裝甲都可以減小傷亡、提高戰(zhàn)斗力，增加勝利因素，因而研究、開發(fā)它是十分必要的。裝甲材料總的發(fā)展趨勢(shì)是強(qiáng)韌化、輕量化、多功能和高效率。氧化鋁陶瓷材料是防彈材料中重要的一支，它具有高的硬度和耐磨性，高的壓縮強(qiáng)度和高應(yīng)力時(shí)的優(yōu)良彈道性能，公式中的Ｍ值為彈道質(zhì)量因素，表征氧化鋁陶瓷材料的抗彈性能。         Ｅ，彈性模量

        Ｈ，硬度

        ρ，密度

        二、對(duì)防彈陶瓷的一般性能要求

        氧化鋁陶瓷和金屬的防彈機(jī)理有很大的不同，金屬是由于塑性變形而吸收射彈的動(dòng)能，而陶瓷是由于其破裂而吸收射彈的動(dòng)能。通常，陶瓷裝甲系統(tǒng)是由氧化鋁陶瓷單片陶瓷或陶瓷—金屬復(fù)合物并覆蓋有高抗張強(qiáng)度有機(jī)纖維結(jié)合的尼龍布層所組成（玻璃纖維亦可）。在子彈的沖擊下（速度＞７００～８００ｍ／ｓ），氧化鋁陶瓷正面是被破碎而剩余的能量則被反面軟增強(qiáng)（例如尼龍布層）材料所吸收。反面材料必須能支持住子彈沖擊后陶瓷材料的碎片和子彈本身。

        防彈陶瓷要求的性能較多，例如：

        氧化鋁陶瓷密度和氣孔率、硬度、斷裂韌性、楊氏模量、聲速、機(jī)械強(qiáng)度等，任何一個(gè)性能都不能與整體防彈性能有直接和決定性的關(guān)系，因而斷裂機(jī)理十分復(fù)雜，裂紋形成是由許多因素引起的，而且發(fā)生的時(shí)間十分短暫。

        防彈陶瓷的氣孔率應(yīng)盡量低，以提高硬度和楊氏模量，對(duì)Ａｌ２Ｏ３瓷來說，其氣孔率應(yīng)接近于零，而吸水率不超過０.０２％。

        陶瓷的硬度要求很高，應(yīng)高于飛行彈頭的硬度，對(duì)Ａｌ２Ｏ３陶瓷來說，硬度Ｈｖ應(yīng)超過１２２０～１２５０。

        聲音在氧化鋁陶瓷中傳播的速度，表示氧化鋁陶瓷沖擊面上消耗能量的能力，希望有高的聲速，高的聲速也間接表示氧化鋁陶瓷有良好的致密化和低的封閉氣孔。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，Ａｌ２Ｏ３瓷的聲速應(yīng)大于１００００ｍ／ｓ，最好是１０５００～１１５００ｍ／ｓ。

        氧化鋁陶瓷有兩種防彈的類型，即單片陶瓷結(jié)構(gòu)和陶瓷復(fù)合物結(jié)構(gòu)，單片結(jié)構(gòu)陶瓷包括氧化物陶瓷（主要是Ａｌ２Ｏ３瓷）和非氧化物陶瓷（例如：ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ和ＴｉＢ２等），以及二元系統(tǒng)（例如：Ｂ４Ｃ－ＴｉＢ２基陶瓷）。

        一般來說，非氧化物陶瓷具有更高的物理性能和相對(duì)低的密度（除ＴｉＢ２基陶瓷外），作為防彈比Ａｌ２Ｏ３瓷更有利。然而，這些材料制造方法多用價(jià)格較貴的熱壓，不易產(chǎn)業(yè)化。但熱壓可提高防彈陶瓷的機(jī)械性能，這一點(diǎn)也是明顯的。

        陶瓷基復(fù)合物具有高的防彈性能，這是因?yàn)橛懈叩臋C(jī)械性能，特別是斷裂韌性。在射彈沖擊之后，與單片陶瓷相比，陶瓷基復(fù)合物具有較好的完整性。幾種復(fù)合物陶瓷如下：

        Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＣ（ｗ），Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＣ（ｆ），Ａｌ２Ｏ３／Ｃ（ｆ），ＴｉＢ２／Ｂ４Ｃ（ｐ），ＴｉＢ２／ＳｉＣ（ｐ）以及金屬陶瓷（如牌號(hào)為ＬａｎｘｉｄｅＴＭ），其組成為滲Ｎｉ／（Ａｌ）之碳化物，例如：Ｎｉ／ＴｉＣ和Ａｌ／Ｂ４Ｃ（ｐ），這些材料多數(shù)屬于熱壓，因而價(jià)格較貴。雖然防彈陶瓷ＬａｎｘｉｄｅＴＭ不是熱壓工藝，但其需要特別的工藝和設(shè)備，因而價(jià)格也比較貴。

        三、Ａｌ２Ｏ３防彈陶瓷的組成、性能和顯微結(jié)構(gòu)

        高Ａｌ２Ｏ３和Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２陶瓷已成功的應(yīng)用在個(gè)人和戰(zhàn)車的裝甲材料。高Ａｌ２Ｏ３瓷作為防彈、保護(hù)的結(jié)構(gòu)材料是一種新穎的應(yīng)用。美國陶瓷裝甲最初是在２０世紀(jì)６０年代作為防子彈背心和直升機(jī)的底座而發(fā)展起來的。其主要要求是阻止子彈、炮彈的穿透和陶瓷本身重量輕（相對(duì)于金屬而言）。

        目前，世界各國仍在繼續(xù)發(fā)展，Ａｌ２Ｏ３防彈陶瓷，其主要應(yīng)用于作戰(zhàn)時(shí)個(gè)人和戰(zhàn)車、飛機(jī)和直升機(jī)的關(guān)鍵部分以及地雷爆炸等的防護(hù)。

        裝甲Ａｌ２Ｏ３陶瓷基于Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＭｇＯ和Ａｌ２Ｏ３－ＭｇＯ系統(tǒng)，含量為９６，９７，９８，９８，９９　　ＺｒＯ２陶瓷中，Ａｌ２Ｏ３與ＺｒＯ２是具有特殊的比例（Ｙ２Ｏ３作為穩(wěn)定劑）。作為主要原料的Ａｌ２Ｏ３是用已產(chǎn)業(yè)化的超細(xì)粉體，這些Ａｌ２Ｏ３具有高純度（Ａｌ２Ｏ３≥９９　保福祝簦ィ　　取決于Ａｌ２Ｏ３的級(jí)別，α－Ａｌ２Ｏ３的含量應(yīng)為９５Ｗｔ％或更高。

        Ａｌ２Ｏ３粉體的Ｄ５０和平均晶粒是０.３５～０　　１～１．４μｍ。ＢＥＴ分別是８～１１ｍ２／ｇ和２～　３ｍ２ｇ。而Ｙ２Ｏ３的Ｄ５０和平均晶粒尺寸為　８～９ｍ２／ｇ。Ａｌ２Ｏ３和ＺｒＯ２粉體選擇合適的比例和粒度分布，最佳的制造能力，最好的液相燒結(jié)和致密化。顯微結(jié)構(gòu)對(duì)于防彈陶瓷的應(yīng)用具有特別重要的意義。

        對(duì)于所研究的Ａｌ２Ｏ３陶瓷（９６，９７，９８，９８．５，Ｗｔ％）的相組成和顯微結(jié)構(gòu)是相似的，主晶相是剛玉，隨著Ａｌ２Ｏ３含量的提高，剛玉含量也相應(yīng)增加。

        這些陶瓷中存有少量鈣長石，作為雜質(zhì)在剛玉晶界上也存有微量尖晶石。

        最終的陶瓷晶粒度取決于原始Ａｌ２Ｏ３粉體的粒度和分布，由于Ａｌ２Ｏ３粉體有較小的尺寸，因此，燒結(jié)后的陶瓷具有精細(xì)的顯微結(jié)構(gòu)，９８　保埃祝簦ィ粒歟玻希澈停梗釜保擔(dān)祝簦ィ粒歟玻希炒傻母沼窳６確直鷂２～４μｍ和１保怠３μｍ，ＺｒＯ２－Ａｌ２Ｏ３陶瓷基于有最佳的比例和部分穩(wěn)定技術(shù)，以使陶瓷有高的性能。該陶瓷不含有玻璃相，＜１μｍ的ＺｒＯ２晶粒均勻分布于１～２μｍ的剛玉晶體之間，很可能在燒結(jié)時(shí)ＺｒＯ２相阻止了剛玉晶體的長大，形成一種良好的顯微結(jié)構(gòu)。