简介

防弹陶瓷的性能要求

Al2O3防弹陶瓷的组成、性能和显微结构(组成 性能 显微结构 显微结构对于防弹陶瓷的应用的意义)

简介

现代战争的胜负，仍然是解决矛和盾的问题。枪、炮、导弹是矛，防弹装甲是盾，在反暴力、反恐怖的斗争中和现代大规模战争中，防弹装甲都可以减小伤亡、提高战斗力，增加胜利因素，因而研究、开发它是十分必要的。

装甲材料总的发展趋势是强韧化、轻量化、多功能和高效率。陶瓷材料是防弹材料中重要的一支，它具有高的硬度和耐磨性，高的压缩强度和高应力时的优良弹道性能，公式中的M值为弹道质量因素，表征陶瓷材料的抗弹性能。

E，弹性模量

H，硬度

ρ，密度

防弹陶瓷的性能要求

陶瓷和金属的防弹机理有很大的不同，金属是由于塑性变形而吸收射弹的动能，而陶瓷是由于其破裂而吸收射弹的动能。通常，陶瓷装甲系统是由单片陶瓷或陶瓷—金属复合物并覆盖有高抗张强度有机纤维结合的尼龙布层所组成（玻璃纤维亦可）。

在子弹的冲击下（速度>700～800m/s），陶瓷正面是被破碎而剩余的能量则被反面软增强（例如尼龙布层）材料所吸收。反面材料必须能支持住子弹冲击后陶瓷材料的碎片和子弹本身。

防弹陶瓷要求的性能较多，例如：密度和气孔率、硬度、断裂韧性、杨氏模量、声速、机械强度等，任何一个性能都不能与整体防弹性能有直接和决定性的关系，因而断裂机理十分复杂，裂纹形成是由许多因素引起的，而且发生的时间十分短暂。防弹陶瓷的气孔率应尽量低，以提高硬度和杨氏模量，对Al2O3瓷来说，其气孔率应接近于零，而吸水率不超过0.02%。陶瓷的硬度要求很高，应高于飞行弹头的硬度，对Al2O3陶瓷来说，硬度Hv应超过1220～1250。声音在陶瓷中传播的速度，表示陶瓷冲击面上消耗能量的能力，希望有高的声速，高的声速也间接表示陶瓷有良好的致密化和低的封闭气孔。根据实际经验，Al2O3瓷的声速应大于10000m/s，最好是10500～11500m/s。陶瓷有两种防弹的类型，即单片陶瓷结构和陶瓷复合物结构，单片结构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），以及二元系统（例如：B4C－TiB2基陶瓷）。一般来说，非氧化物陶瓷具有更高的物理性能和相对低的密度（除TiB2基陶瓷外），作为防弹比Al2O3瓷更有利。然而，这些材料制造方法多用价格较贵的热压，不易产业化。但热压可提高防弹陶瓷的机械性能，这一点也是明显的。陶瓷基复合物具有高的防弹性能，这是因为有高的机械性能，特别是断裂韧性。在射弹冲击之后，与单片陶瓷相比，陶瓷基复合物具有较好的完整性。几种复合物陶瓷如下：Al2O3/SiC（w），Al2O3/SiC（f），Al2O3/C（f），TiB2/B4C（p），TiB2/SiC（p）以及金属陶瓷（如牌号为LanxideTM），其组成为渗Ni/（Al）之碳化物，例如：Ni/TiC和Al/B4C（p），这些材料多数属于热压，因而价格较贵。虽然防弹陶瓷LanxideTM不是热压工艺，但其需要特别的工艺和设备，因而价格也比较贵。

Al2O3防弹陶瓷的组成、性能和显微结构

组成

高Al2O3和Al2O3－ZrO2陶瓷已成功的应用在个人和战车的装甲材料。高Al2O3瓷作为防弹、保护的结构材料是一种新颖的应用。美国陶瓷装甲最初是在20世纪60年代作为防子弹背心和直升机的底座而发展起来的。其主要要求是阻止子弹、炮弹的穿透和陶瓷本身重量轻（相对于金属而言）。

性能

目前，世界各国仍在继续发展，Al2O3防弹陶瓷，其主要应用于作战时个人和战车、飞机和直升机的关键部分以及地雷爆炸等的防护。

显微结构

装甲Al2O3陶瓷基于Al2O3－SiO2－CaO－MgO和Al2O3－MgO系统，含量为96，97，98，98　保担　99　保叮祝簦ァ#粒欤玻希常　ZrO2陶瓷中，Al2O3与ZrO2是具有特殊的比例（Y2O3作为稳定剂）。作为主要原料的Al2O3是用已产业化的超细粉体，这些Al2O3具有高纯度（Al2O3≥99　保福祝簦ィ　取决于Al2O3的级别，α－Al2O3的含量应为95Wt%或更高。

Al2O3粉体的D50和平均晶粒是0.35～0　保矗郸蹋砗停保　1～1．4μm。BET分别是8～11m2/g和2　保浮　3　保常恚玻　g。而Y2O3的D50和平均晶粒尺寸为0　保场　0　保处蹋怼#拢牛晕　8～9m2/g。Al2O3和ZrO2粉体选择合适的比例和粒度分布，最佳的制造能力，最好的液相烧结和致密化。

显微结构对于防弹陶瓷的应用的意义

对于所研究的Al2O3陶瓷（96，97，98，98．5，Wt%）的相组成和显微结构是相似的，主晶相是刚玉，随着Al2O3含量的提高，刚玉含量也相应增加。这些陶瓷中存有少量钙长石，作为杂质在刚玉晶界上也存有微量尖晶石。最终的陶瓷晶粒度取决于原始Al2O3粉体的粒度和分布，由于Al2O3粉体有较小的尺寸，因此，烧结后的陶瓷具有精细的显微结构，98　保埃祝簦ィ粒欤玻希澈停梗釜保担祝簦ィ粒欤玻希炒傻母沼窳6确直鹞　2～4μm和1　保怠　3μm，ZrO2－Al2O3陶瓷基于有最佳的比例和部分稳定技术，以使陶瓷有高的性能。该陶瓷不含有玻璃相，<1μm的ZrO2晶粒均匀分布于1～2μm的刚玉晶体之间，很可能在烧结时ZrO2相阻止了刚玉晶体的长大，形成一种良好的显微结构。