中國粉體網(wǎng)訊 現(xiàn)代軍事的發(fā)展，離不開軍用新材料的支持，有了更為先進(jìn)的軍用新材料，才能夠讓武器裝備、軍事力量更上一層樓，比如說輕量化、強(qiáng)韌化、飛得更遠(yuǎn)、更耐得了攻擊等等，不同的軍用新材料有不同的用處來滿足于不同需求。先進(jìn)陶瓷作為三大固體材料之一，憑借金屬材料及高分子材料所無法比擬的光 、熱、電、力等優(yōu)良性能，已經(jīng)成為世界各國發(fā)展軍事的必爭之材。
01 防護(hù)材料——保護(hù)士兵的“生命之盾”
戰(zhàn)爭是殘酷無比的，尤其是隨著進(jìn)入熱兵器時代，以往的防御裝備在現(xiàn)代槍械面前如薄紙一般，即便是國家領(lǐng)導(dǎo)人其生命安全也飽受其害。
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1901年的一天，美國總統(tǒng)威廉.麥肯雷被刺身亡，舉國震驚。震驚之余，美國有些人開始反思：為什么不能做一款能有效阻擋子彈的“衣服”呢？于是，人們開始尋找防彈的方法。
（圖為蘇軍在二戰(zhàn)期間裝備的“斯大林格勒”金屬硬質(zhì)防彈衣，幾乎全部是由鋼板構(gòu)成的。）
兩次世界大戰(zhàn)期間，人們嘗試用鋼板、鋁合金等材料做成防彈衣，但重量問題卻沒有得到解決。直到20世紀(jì)70年代，美國杜邦公司研制出一種合成纖維叫“凱夫拉”，防彈衣材料發(fā)生了歷史性變革�！皠P夫拉”吸引彈片能量是尼龍的1.6倍，鋼材料的2倍，關(guān)鍵是它徹底解決了防彈衣笨重的問題。
在裝甲方面，早期的主戰(zhàn)坦克，其鎢合金高速動能穿甲彈的初速高達(dá)1700～1800m/s，能夠在1000m的距離上擊穿800mm的均質(zhì)裝甲鋼板，而發(fā)展到現(xiàn)在的第3代主戰(zhàn)坦克裝備的精密裝藥破甲彈的破甲威力更是可穿透1200～1500mm的均質(zhì)裝甲鋼板。
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隨著彈丸材料和性能的逐步升級，裝甲材料因此面臨著很大的挑戰(zhàn)。面對威脅力日益提高的“矛”，必須鑄就堅不可摧的“盾”以提高軍事防護(hù)性能和安全等級。這一需求推動了新型裝甲材料的加速研制與廣泛應(yīng)用。
如今，先進(jìn)陶瓷作為一種新型防彈裝甲材料，依靠出色的性能在眾多防彈材料中脫穎而出，發(fā)展迅速，士兵車輛及直升機(jī)的安全保障也得到了極大的提升。在對重量要求非�？量痰能姍C(jī)上，陶瓷裝甲大量用于機(jī)腹、座艙、發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部位防護(hù)。俄羅斯米-28直升機(jī)，在座艙周圍采用陶瓷裝甲，能夠抵御數(shù)次機(jī)槍掃射，出色的防護(hù)能力，為其贏得了“飛行堡壘”的美譽。對于裝甲車輛，陶瓷復(fù)合裝甲更是提高防護(hù)能力的“秘密武器”，英國“挑戰(zhàn)者2”、法國“勒克萊爾”、俄羅斯“阿瑪塔”等主戰(zhàn)坦克，均大量裝備這種裝甲。有報道稱，英軍一輛“挑戰(zhàn)者2”坦克，先后被14枚RPG火箭彈和1枚反坦克導(dǎo)彈命中，內(nèi)部乘員卻無一傷亡，足見先進(jìn)陶瓷復(fù)合裝甲的“盾牌”功力。
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防彈陶瓷發(fā)展迅速，種類較多，在材質(zhì)上主要有氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化鈦等，其中以氧化鋁陶瓷（Al2O3）、碳化硅陶瓷（SiC）、碳化硼陶瓷（B4C）最受關(guān)注。
氧化鋁陶瓷密度最高，加工門檻較低，在成本方面優(yōu)勢巨大，依據(jù)純度分為85／90／95／99氧化鋁陶瓷，相應(yīng)的硬度和價格也依次增高。
碳化硅陶瓷密度相對較低，硬度較高，屬于性價比較高的結(jié)構(gòu)陶瓷，因此也是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣的防彈陶瓷。
碳化硼陶瓷在這幾種陶瓷中密度最低，硬度最高，但同時其對加工工藝的要求也很高，需要高溫高壓燒結(jié)，因而成本也是這3種陶瓷中最高的，但它的防彈性能卻是這三者中最高的。在伊拉克戰(zhàn)爭期間，美軍裝備的防彈衣使得伊戰(zhàn)陣亡率較越戰(zhàn)有明顯下降。伊拉克戰(zhàn)場有足夠的實例證明，裝備帶有碳化硼防彈板“攔截者”的士兵沒有因被AK或更高級別的武器擊穿保護(hù)部位而死亡。
如今，先進(jìn)陶瓷材料已廣泛應(yīng)用在防彈衣、防彈裝甲、武裝直升機(jī)以及警、民用特種車輛等防護(hù)領(lǐng)域。不論是人體防護(hù)還是車輛裝甲防護(hù)，先進(jìn)陶瓷相比于其它防彈材料如金屬板防彈材料、高性能纖維復(fù)合防彈材料、組合防彈材料等，具有高硬度和低密度等特性，可以抵御更嚴(yán)重的威脅，因此成為軍事領(lǐng)域的必爭之材之一。
02 天線罩——給導(dǎo)彈戴上“安全頭盔”
眾所周知，導(dǎo)彈是一種殺傷力巨大的精準(zhǔn)打擊式武器，要想保證導(dǎo)彈能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)打擊，首先要保護(hù)導(dǎo)彈中的天線和雷達(dá)正常工作，誰來保護(hù)它呢？此時，一種叫天線罩的設(shè)計應(yīng)運而生。
天線罩是保護(hù)罩內(nèi)天線在惡劣環(huán)境條件下能夠正常工作的一種設(shè)施，其外形必須滿足空氣動力學(xué)要求，還需滿足力學(xué)性能、電氣性能的要求。
如果是普通航空用天線罩，樹脂基復(fù)合材料可能足以應(yīng)付，但導(dǎo)彈用天線罩有耐高溫要求，有機(jī)材料已經(jīng)不再適用，所以，陶瓷材料逐漸成為導(dǎo)彈天線罩的優(yōu)勢材料。
天線罩陶瓷材料的發(fā)展歷經(jīng)氧化鋁陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、氮化物陶瓷。時至今日，石英陶瓷已經(jīng)成為超音速導(dǎo)彈天線罩的主要材料，如美國“愛國者”、俄羅斯的“C-300”等導(dǎo)彈天線罩均使用石英陶瓷，但是，就以后發(fā)展來看，石英陶瓷將不是天線罩材料的首選，原因便是其力學(xué)性能不佳，抗雨蝕性較差。
與石英陶瓷相比，氮化硅陶瓷不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能和很高的熱穩(wěn)定性，而且具有較低的介電常數(shù)，其抗燒蝕性能也比熔融石英好，能經(jīng)受惡劣飛行條件下的熱振，因此氮化硅陶瓷也被稱為最有希望的天線罩材料。但到目前為止，有關(guān)氮化硅基陶瓷作為導(dǎo)彈天線罩還處于研究階段。
03 熱端材料：讓發(fā)動機(jī)不懼高溫“烤”驗
隨著軍用航空發(fā)動機(jī)推重比的不斷提高，渦輪進(jìn)口溫度不斷提高。推重比7-8的第三代渦扇發(fā)動機(jī)，渦輪前進(jìn)口溫度為1250-1400℃左右；推重比10的第四代渦扇發(fā)動機(jī)，渦輪前進(jìn)口溫度為1550-1700℃；第五代渦扇發(fā)動機(jī)預(yù)計渦輪前進(jìn)口溫度將達(dá)到1950-2150℃。
目前熱端部件采用的鎳基高溫合金主量元素鎳的熔點為1455℃，隨著單晶、熱障涂層及主動氣冷的潛力逐漸窮盡，新一代軍用航空發(fā)動機(jī)對新型耐高溫結(jié)構(gòu)材料的需求愈發(fā)迫切，SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料成為耐高溫結(jié)構(gòu)材料首選之一。
SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料是指在SiC陶瓷基體中引入SiC纖維作為增強(qiáng)材料，形成以引入的SiC增強(qiáng)纖維為分散相，以SiC陶瓷基體為連續(xù)相的復(fù)合材料。SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料保留了SiC陶瓷耐高溫、高強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕、耐沖擊的優(yōu)點，同時兼具SiC纖維增強(qiáng)增韌作用，克服了SiC陶瓷斷裂韌性低和抗外部沖擊載荷性能差的先天缺陷。
采用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的燃燒室部件
渦輪部件、燃燒室火焰筒、噴嘴等采用SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料，冷卻空氣用量可明顯減小，甚至為零，可改善燃燒條件、提高燃燒效率、降低污染排放和噪聲水平；冷卻結(jié)構(gòu)可大大簡化甚至省去，從而降低結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，提高工作溫度，并進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
04 隱身材料——給武器穿上“隱身衣”
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新型雷達(dá)、探測器及精密制導(dǎo)武器相繼問世，軍事空中防御能力和反導(dǎo)彈能力日益增強(qiáng)，使得武器系統(tǒng)，特別是大型作戰(zhàn)武器，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇、坦克等所面臨的威脅越來越大，作為提高戰(zhàn)爭中的生存能力、防衛(wèi)能力和攻擊能力的隱身技術(shù)，普遍受到世界各國的高度重視。
隱身技術(shù)是指降低目標(biāo)的雷達(dá)、紅外、激光、磁信號等特征，使其在一定范圍內(nèi)難以被探測，從而提高其生存能力的技術(shù)。目前主要發(fā)展的隱身材料，主要為雷達(dá)及紅外隱身，其中后者為航空發(fā)動機(jī)及高超聲速飛行器氣動加熱位置最重要的信號抑制領(lǐng)域。
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陶瓷材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱物理性能，特別是耐高溫、強(qiáng)度高、蠕變低、膨脹系數(shù)低、耐腐蝕性強(qiáng)和化學(xué)穩(wěn)定性好，同時又具有吸波功能，能滿足隱身的要求，因此已被廣泛用作吸收劑。據(jù)報道，美國用陶瓷基材料制成的吸波材料，加到F-117隱身飛機(jī)的尾噴管上，可以承受1093℃的高溫。
雷達(dá)隱身材料
吸波材料是最重要的隱身材料之一，一般由基體材料（或粘結(jié)劑）與吸收介質(zhì)（吸收劑）復(fù)合而成。在陶瓷吸波材料中，碳化硅是制作多波段吸波材料的主要成分。國外耐高溫陶瓷吸收劑的研究報道多以碳化硅為主，日本、美國、德國對碳化硅陶瓷研究應(yīng)用的重要方向之一正是吸波材料。
紅外隱身材料
實現(xiàn)紅外隱身最有效的途徑是控制目標(biāo)的表面溫度，盡量減小目標(biāo)與背景的偏差。陶瓷紅外隱身材料是一種由無機(jī)陶瓷納米材料與無機(jī)高分子材料復(fù)合而成的涂料，通過精細(xì)控制無機(jī)陶瓷納米粒子均勻分散在無機(jī)聚合物基體中，實現(xiàn)高效的寬頻帶電磁波吸波。具有易于實現(xiàn)高吸收、涂層薄、耐高溫、重量輕、吸收頻帶寬并與紅外微波吸收兼容等特點。
紅外隱身是目前航空裝備重要的、正進(jìn)行的發(fā)展趨勢，我國由原殲20一款主力隱身戰(zhàn)機(jī)，已發(fā)展為多款隱身戰(zhàn)機(jī)、隱身無人機(jī)等高端裝備系列，對標(biāo)先進(jìn)國家，還有隱身轟炸機(jī)、隱身直升機(jī)等裝備發(fā)展增量。
05 碳陶制動盤——讓戰(zhàn)斗機(jī)快速剎停
碳陶制動最初便起源于航空技術(shù)，1969年法國宇航和英國飛機(jī)公司聯(lián)合打造的超音速客機(jī)協(xié)和式客機(jī)（the Concorde）首飛，這款飛機(jī)速度極快，從倫敦到紐約用時不到3小時，曾創(chuàng)下了航班飛行的最快紀(jì)錄。性能如此強(qiáng)悍的飛機(jī)自然擁有強(qiáng)勁的加速表現(xiàn)，它的平均起飛速度高達(dá)400km/h，進(jìn)場速度當(dāng)然也差不多這個數(shù)，要想在如此高速的情況下將一臺重達(dá)185噸的客機(jī)剎停需要有強(qiáng)大且耐高溫的制動系統(tǒng)。于是他們找到了鄧祿普（Dunlop）為協(xié)和式客機(jī)開發(fā)出世界上首套航空用碳陶制動系統(tǒng)，這套制動系統(tǒng)能將305km/h行駛的協(xié)和式客機(jī)在1600米的距離內(nèi)剎停。
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隨著航空技術(shù)發(fā)展，戰(zhàn)機(jī)載重不斷增加，降落速度也隨之提高。在其他剎車系統(tǒng)出現(xiàn)故障的特殊情況下，機(jī)輪剎車系統(tǒng)可吸收超過300兆焦耳能量，溫度將在短時間內(nèi)快速上升至上千攝氏度。過去，機(jī)輪剎車系統(tǒng)常因溫度過高失去制動能力。因此，戰(zhàn)機(jī)對剎車盤材料耐高溫性、穩(wěn)定性和減少變形等方面有著嚴(yán)格要求。
相比金屬剎車盤，采用碳陶剎車盤的機(jī)輪剎車系統(tǒng)壽命更長、摩擦性能更好，疲勞試驗證明，一般的剎車盤在1000多次飛行起降后要求更換，而碳陶剎車盤可以達(dá)到2000多次飛行起降。目前，碳陶剎車盤已成功應(yīng)用到一些國家先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)制動系統(tǒng)，具有廣闊的發(fā)展前景。
06 電子陶瓷——軍用電子設(shè)備的必需品
按照材質(zhì)不同，電容器產(chǎn)品主要可分為陶瓷電容器、鋁電容器、鉭電容器和薄膜電容器等。陶瓷電容器在四類主要電容器當(dāng)中市場份額占比最高，達(dá)到50%以上。
多層陶瓷電容器MLCC（Multi-layerceramic capa citors）其主要功能在于旁路、去耦、濾波和儲能；是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個類似獨石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨石電容器。
MLCC 具有體積小、成本低、單位體積電容量大、溫度等環(huán)境因素對性能影響小等優(yōu)點，除在廣播電視、通信、計算機(jī)、家用電器、測量儀器、自動控制、醫(yī)療設(shè)備等民用電子設(shè)備產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用外，在航空航天電子設(shè)備、坦克電子設(shè)備、軍用移動通訊設(shè)備、警用袖珍式軍用計算機(jī)、武器彈頭控制和軍事信號監(jiān)控等軍用電子設(shè)備上也有越來越廣泛的用途。
07 壓電陶瓷器件——核潛艇的“眼睛”
壓電陶瓷器件不僅在工業(yè)和民用產(chǎn)品上用途十分廣泛，在軍事上也同樣獲得了大量的應(yīng)用。如將壓電陶瓷做成水聲換能器，作為核潛艇的一雙明亮的“眼睛”，可以順利進(jìn)行水下導(dǎo)航、通訊、偵察敵艦、清掃敵布水雷等工作；用壓電陶瓷做成的壓電引信，可以精確引燃引爆破甲彈等殺傷性武器；再如壓電陶瓷制作的壓電陀螺，是航空航天不可或缺的“舵手”等等。
08 透明陶瓷——觀察敵情，化“被動”為“主動”
現(xiàn)代戰(zhàn)爭對裝甲系統(tǒng)的要求越來越高，不僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的防護(hù)，還要求不能妨礙士兵們的行動能力，隨時觀察敵情，化“被動”為“主動”，并利用誘餌觸發(fā)和物理摧毀方式破壞來襲武器的“主動裝甲”，成為作戰(zhàn)中的一大優(yōu)勢。
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以單晶氧化鋁（藍(lán)寶石）、氮氧化鋁和鎂鋁尖晶石為代表的透明陶瓷，因為具有很高的強(qiáng)度和硬度，在戰(zhàn)場上也屬于上面介紹的防彈陶瓷的一種，之所以在此單獨介紹，是因為它同時兼具良好的光學(xué)性能，所以能替代防彈玻璃，在單兵防彈面罩、導(dǎo)彈探測窗口、車輛觀察窗、潛艇潛望鏡等軍事裝備上加以應(yīng)用，該類陶瓷已被不少軍事強(qiáng)國列為21世紀(jì)重點發(fā)展的光功能透明材料之一。
小結(jié)
除此之外，先進(jìn)陶瓷在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用還有很多，例如，現(xiàn)在連士兵用的槍械也成了陶瓷一顯身手之地，用陶瓷代替金屬材料制作的槍管襯套，不僅提高了槍管的耐燒蝕性能，延長了使用壽命，而且減輕了重量，又便于生產(chǎn)和維修；有的陶瓷材料潤滑作用十分突出，可使坦克炮塔轉(zhuǎn)動靈活，可使槍管潤滑而提高彈丸初速 15%，同時提高武器使用壽命；光敏陶瓷可用作導(dǎo)彈紅外探側(cè)器和熱成像瞄準(zhǔn)；光反射陶瓷可作激光和遠(yuǎn)紅外的反射屏；激光陶瓷可作固體激光器......
“兵者，國之大事，死生之地，存亡之道，不可不察也�！庇纱丝梢�，一個國家的強(qiáng)大離不開其國防和軍事工業(yè)的發(fā)展。先進(jìn)陶瓷作為一種新型高性能材料，越來越受到世界各國材料科學(xué)工作者及軍械專家的關(guān)注。隨著研究的進(jìn)一步深入，先進(jìn)陶瓷必將給軍事高技術(shù)領(lǐng)域帶來一場巨大變革。
參考來源：
[1]先進(jìn)陶瓷在航空航天軍用市場中應(yīng)用.特種陶瓷聯(lián)盟
[2]矛與盾的較量：防彈裝甲陶瓷材料大揭秘.粉體網(wǎng)
[3]子彈VS防彈，延續(xù)幾千年的攻防較量，防彈陶瓷是如何崛起的.粉體網(wǎng)
[4]軍工新材料之特種陶瓷材料在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用.無機(jī)非金屬材料科學(xué)
[5]鄧湘云等.MLCC 的發(fā)展趨勢及在軍用電子設(shè)備中的應(yīng)用
[6]揭秘：陶瓷咋成了防彈“新星”.解放軍報
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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