氧化铝陶瓷的防弹功能

         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。氧化铝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，表征氧化铝陶瓷材料的抗弹性能。         Ｅ，弹性模量

        Ｈ，硬度

        ρ，密度

        二、对防弹陶瓷的一般性能要求

        氧化铝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，陶瓷装甲系统是由氧化铝陶瓷单片陶瓷或陶瓷—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），氧化铝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：

        氧化铝陶瓷密度和气孔率、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。

        声音在氧化铝陶瓷中传播的速度，表示氧化铝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氧化铝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。

        氧化铝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。

        三、Ａｌ２Ｏ３防弹陶瓷的组成、性能和显微结构

        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）。

        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。

        装甲Ａｌ２Ｏ３陶瓷基于Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＭｇＯ和Ａｌ２Ｏ３－ＭｇＯ系统，含量为９６，９７，９８，９８，９９　　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　　１～１．４μｍ。ＢＥＴ分别是８～１１ｍ２／ｇ和２～　３ｍ２ｇ。而Ｙ２Ｏ３的Ｄ５０和平均晶粒尺寸为　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具有特别重要的意义。

        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。