最近世道不太平，俄乌战火的点燃导致军工相关产业又开始得到关注。而在我们熟悉的先进陶瓷领域中，与之相关且最容易被想到的就是防弹陶瓷。

陶瓷之所以可以防弹，凭借的就是其高比刚度、高比强度和在许多环境下的化学惰性。它比金属好的地方就在于，在抵抗弹头冲击时金属材料会产生塑性变形且吸收能量，而陶瓷几乎不产生塑性变形，并且依靠其自身高强高硬特性使弹头钝化甚至破碎，陶瓷表面粉碎同时在形成细小且坚硬的碎块区过程中吸收了高速弹头的能量。因此先进陶瓷在装甲系统上的应用十分具有吸引力，己成为一种广泛应用于防弹衣、车辆和飞机等装备的防护装甲。

陶瓷材料防弹原理过程

陶瓷中可以作为防弹材料的主要有：氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化钛等，其中以氧化铝陶瓷(Al₂O₃)、碳化硅陶瓷(SiC)、碳化硼陶瓷(B₄C)应用最广。

各种防弹陶瓷的各项属性

从上图我们可以看出，虽然氧化铝各方面性能都要比碳化硼（B₄C）和碳化硅（SiC）差些，如密度最高（意味着最重，但也依旧比相同防弹能力同面积的装甲钢重量轻40%），硬度相对较低。但它也有明显的优势就是制作成本低、原料来源广，像碳化硼的价格就差不多是氧化铝的10倍左右，这个差距其实挺夸张的。另外氧化铝的生产工艺也比SiC更成熟，能更好地保证制品尺寸稳定、而且性能可靠性高。

因此在进行防弹物品设计时，要综合考虑各种材料的成本及刚强度等属性，尽可能在保证防弹性能满足指定要求的同时使成本尽可能低。这就是氧化铝能够成为防弹领域的第一代陶瓷，并活跃至今的重要原因，尤其是在民用领域，在氧化铝性能达标的前提下，性价比成为了它的绝对优势。

氧化铝防弹陶瓷的制备

氧化铝分子式为Al₂O₃，白色固体，最为常见晶态有α-Al₂O₃､β-Al₂O₃及γ-Al₂O₃，其中α-Al₂O₃结构最稳定（又称刚玉），在1300℃以上的高温时其它相几乎完全转化为α-Al₂O₃，氧化铝防弹陶瓷的主要成分就是它。

（来源：河南济源兄弟材料有限公司）

氧化铝防弹陶瓷主要以无压烧结和热压烧结为主｡无压烧结高纯氧化铝陶瓷通常需要在高于1600℃才能烧结致密，较高的烧结温度可能会促使氧化铝晶体异常长大，烧结体致密化程度降低，从而会影响高纯氧化铝陶瓷的性能｡因此工业上通过减小粉体颗粒的平均尺寸，添加适当的添加剂，结合合理的成形及烧结方法等来降低氧化铝陶瓷的烧结温度。

热压烧结通过在模具上下两面同时加压进行烧结｡由于烧结时除了温度动力之外，还增加了压力动力(10~50MPa)，因此大大降低烧结难度，致密化程度高｡同时因为特定的外界压力使得晶体的生长受到限制，得到的晶粒细小均匀，使得力学性能大大提高｡

α-Al₂O₃密堆积的结构示意图

另外为了增强氧化铝陶瓷的力学强度，工业上常采用电子射线真空镀膜、溅射真空镀膜或化学气相蒸镀等强化工艺方法，在氧化铝陶瓷的表面镀上一层硅的化合物薄膜，然后再经1200~1580℃的高温处理，使氧化铝陶瓷钢化，从而获得具有超高强度的氧化铝陶瓷。

PS：目前国内最大氧化铝防弹陶瓷生产厂家是河南济源兄弟材料有限公司，具备年产1000t以上氧化铝陶瓷的规模。其生产的氧化铝防弹陶瓷选用硬度极高的α-Al₂O₃为原料，采用先进双面压机成形、自动化窑炉烧结。

据济源兄弟的张祯祯部长介绍，用于防弹领域的氧化铝陶瓷与普通氧化铝陶瓷性能上有很大的区别，最主要体现在密度、硬度、韧性以及瞬间破碎能力上。为此，他们在制备中会根据用途对配方做出改良，使成品的防弹能力更强。

氧化铝防弹陶瓷的应用

氧化铝烧结制品表面光洁、尺寸稳定、价格低廉，依据纯度分为85/90/95/99氧化铝陶瓷，相应的硬度和价格也依次增高，在各类装甲车辆和军警防弹服等场合中都能看见它的身影。

不过为保证陶瓷的一定强度，氧化铝防弹陶瓷多采用99氧化铝陶瓷，并在成型和烧结过程中保证孔隙率低，使微观应力集中降低到最小程度。接下来就来一起看看它的应用。

1.防弹衣

人体防弹衣是单兵战士、武警、保安、武装押运员常用的防护装备，属军民两用产品。人体防弹衣的核心部件是防弹插板，插板材料经历了硬质金属插板、软质合成纤维插板，现已发展到第三代陶瓷/合成纤维复合插板，是目前防弹衣主要的发展方向。

防弹插板主要分为两部分，一是采用芳纶或超高分子量高强高模聚乙烯纤维复合材料制成的插板背板；二是以氧化铝、碳化硅、碳化硼为原料制成的防弹面板。两者通过过渡粘接层相结合，并在陶瓷面板表面粘贴一层止裂布防止陶瓷破碎时对人体的伤害，便得到第三代复合防弹插板。

防弹插板（来源：河南济源兄弟材料有限公司）

俄罗斯士兵穿着由氧化铝陶瓷制造的新式防弹衣

前面说了氧化铝密度大比较重，为了让防弹衣更轻便更利于人们活动，可以使用注模成型等工艺使得氧化铝防弹陶瓷板符合人体曲线，同时也减轻了防弹陶瓷板的重量，有利于人体穿戴，穿着更舒适。

与之前主流的采用小片拼接工艺将陶瓷片粘贴于背板制造的陶瓷插板相比，这种弧形氧化铝陶瓷板可以避免之前产品消除拼接接缝处带来的缺陷，提升防弹安全系数，同时陶瓷片内部材质的均一性也更好。

整体弧形氧化铝防弹陶瓷板

2.车体防护

装甲是战地车辆必不可少的一部分，否则在炮火连篇中的战场根本无法存活。在以前装甲多以钢板为主材制造，但随着弹丸材料和性能的逐步升级，装甲材料面临着巨大挑战。例如目前穿甲弹的弹丸使用高密度合金钢、碳化钨或钨、贫铀合金钢等材料，弹丸初速为0.9~1.8 km/s，穿甲厚度达1 m以上，穿甲能力强、飞行速度损失小，极具威胁力。破甲弹虽然弹着速度不高，但其利用炸药的锥型中空装药的聚能原理，爆炸时形成一束高速金属射流来击穿装甲。面对这些威胁力日益提高的弹药，装甲必须要更加抗打才能提高装甲车辆的安全等级。

目前，装甲防弹陶瓷已被应用于各式装甲车辆，包括坦克、步兵车、装甲车等，以其自身的高硬度和高强度来提高装甲车辆的军事防护性能和安全等级，同时陶瓷既轻又强的特点，可以使得单位防护面积的质量大大降低。

同上面一样，氧化铝也是装甲车辆常用的防弹陶瓷材料之一，它最早是现身于苏联的T-64A坦克上。一开始T-64A的炮塔采用的铝合金夹层装甲，但效果不甚理想，因为要想发挥出应有的效果，炮塔前部厚度将增大到难以容忍的厚度。后来换上了强化钢夹层装甲，但由于面对破甲弹效果差（破甲弹的高温金属射流会穿透装甲）必须选择更耐高温的材质，于是苏联便想到了使用耐高温的陶瓷改善抗穿甲性能。

采用氧化铝陶瓷材料的T-64坦克

最终能够在高温下保持稳定性的氧化铝陶瓷成功入选，T-64B坦克的炮塔上便用上了由氧化铝陶瓷球与聚合物填充的复合装甲。据悉，T-64B坦克的抗弹性能在当时那个年代称得上是极为优良（同时制造成本和工艺要求较高），是当时实打实的先进科技产物。

封装在炮塔内的氧化铝陶瓷小球

 

总结

总的来说，在军事领域里，氧化铝虽然不如碳化硼、碳化硅这些兄弟们受到的关注度高，但懂行的人都知道氧化铝的重要程度绝不逊色于后俩且用量极大。若想了解其他相关内容，也可以关注粉体圈并在后台搜索“防弹”查看更多相关文章噢！

 

资料来源：

防弹装甲中的陶瓷材料，吴燕平，燕青芝。

防弹陶瓷的烧结工艺及发展现状，罗娟，杨科伟，王萌，和娇娇。

 

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