“泥沙入手經(jīng)摶埴，光色便與尋常殊?！边@是一首詠嘆精美瓷器的詩(shī)句。陶瓷，擁有的獨(dú)特形狀、成色、質(zhì)地，千百年來(lái)它不僅成為人們生活中常用的器具，也成為讓人賞心悅目的藝術(shù)品。
在大家的印象里，陶瓷是脆性的，輕輕一摔，一件價(jià)值連城的古瓷瞬間即可“粉身碎骨”。但是你知道嗎，陶瓷經(jīng)由現(xiàn)代科技“搖身一變”，因其物理特性竟能充當(dāng)防彈材料，堪稱(chēng)是防彈領(lǐng)域冉冉升起的一顆“新星”。
試想一下，戰(zhàn)場(chǎng)上一顆小小的子彈，能給士兵帶來(lái)致命傷害，易碎的陶瓷卻能擋住高速飛行的子彈。它的“功力”從何而來(lái)？下面，讓我們一起走進(jìn)防彈陶瓷的世界一探究竟。
高強(qiáng)硬質(zhì)，復(fù)合裝甲
防彈陶瓷，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料家族中的一員。嚴(yán)格意義上講，與我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拇善鞑⒎峭活?lèi)材料。作為特種陶瓷，區(qū)別于就地取土成坯燒制的陶瓷器皿，防彈陶瓷的制備需要經(jīng)過(guò)一系列粉體制備、成型加工、高溫?zé)Y(jié)等復(fù)雜工序，是化學(xué)、冶金、材料等現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物。
早在1918年就有記載稱(chēng)，在鋼質(zhì)裝甲表面涂上一層瓷釉，可以顯著提升其防彈性能。但真正意義上的防彈陶瓷，是上世紀(jì)60年代后才出現(xiàn)的。
防彈陶瓷之所以能夠防彈，是因?yàn)樗邆錁O高的硬度和強(qiáng)度。子彈撞擊高強(qiáng)高硬的陶瓷后，發(fā)生破碎并引起陶瓷碎裂，整個(gè)過(guò)程將消耗子彈大部分的能量，并在彈著點(diǎn)處形成一個(gè)“倒金字塔”型破壞錐。這也是陶瓷受彈擊后典型的被破壞形貌。
當(dāng)然，由于陶瓷的脆性，僅僅依靠陶瓷自身，還不能做到“萬(wàn)無(wú)一失”。防彈陶瓷一般放在迎彈面，要與其他的背襯材料粘接在一起，組成復(fù)合裝甲共同使用。背襯材料一般選用對(duì)位芳綸或超高分子量聚乙烯等纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要功能是吸收剩余彈道沖擊能量。
為了提高陶瓷的抗多次打擊能力，往往還要在陶瓷面板上包覆高強(qiáng)纖維織物，防止彈擊造成的裂紋擴(kuò)展。高強(qiáng)硬質(zhì)陶瓷與剛性背襯的組合，構(gòu)成現(xiàn)代陶瓷復(fù)合裝甲的基本結(jié)構(gòu)。
戰(zhàn)火洗禮，生命之盾
上世紀(jì)60年代，美軍在越南叢林中的直升機(jī)和乘員經(jīng)常受到地面輕武器的殺傷。為了降低裝備戰(zhàn)損和乘員傷亡，1962年，美國(guó)一家航空航天公司首次開(kāi)發(fā)出正面為硬質(zhì)陶瓷的復(fù)合裝甲，將氧化鋁陶瓷塊粘到薄約6毫米的韌性鋁背板上，用以抵御7.62毫米穿甲彈的射擊。也就是在這個(gè)時(shí)期，美軍開(kāi)啟了防彈陶瓷大規(guī)模軍事應(yīng)用的先河。
由于同等條件下，陶瓷較金屬重量大大降低，在對(duì)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(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部位防護(hù)。俄羅斯米-28直升機(jī)，在座艙周?chē)捎锰沾裳b甲加強(qiáng)，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(yù)。對(duì)于裝甲車(chē)輛，陶瓷復(fù)合裝甲更是提高防護(hù)能力的“秘密武器”，英國(guó)“挑戰(zhàn)者2”、法國(guó)“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(bào)道稱(chēng)，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(wú)一傷亡，足見(jiàn)現(xiàn)代陶瓷復(fù)合裝甲的“盾牌”功力。
當(dāng)重型裝備紛紛披掛上輕質(zhì)高強(qiáng)的陶瓷“鎧甲”后，人們又將目光轉(zhuǎn)向了穿梭在槍林彈雨中的士兵。其實(shí)，早在二戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)上，就出現(xiàn)過(guò)鋼制防彈胸甲。因過(guò)于笨重，它并不受士兵們歡迎。上世紀(jì)70年代，美軍推出柔軟輕便的凱夫拉防彈衣。盡管它在防護(hù)低速槍彈和爆炸破片方面有不俗表現(xiàn)，但遇到步槍發(fā)射的高速子彈時(shí)，防護(hù)上往往“力不從心”。其實(shí)，所謂的“防彈”并非“刀槍不入”，而是根據(jù)防護(hù)能力進(jìn)行分級(jí)防護(hù)。某個(gè)防護(hù)等級(jí)的裝備，只能滿足防護(hù)該級(jí)別和更低級(jí)別槍彈的要求。影視劇里那種“金剛不壞”的防彈衣是不存在的。
為了提高防護(hù)能力，科學(xué)家們想到將防彈陶瓷制成插板，與軟體防彈衣配合使用，猶如古代鎧甲上的“護(hù)心鏡”。這樣，既能大幅提升人體核心部位的防護(hù)能力，又兼顧了穿著者的機(jī)動(dòng)性。剛開(kāi)始，是利用小塊陶瓷拼接成插板。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們更多采用整塊陶瓷，以消除小塊陶瓷片因有拼接縫隙而存在的薄弱點(diǎn)，有的還制成曲面以貼合人體。這也是當(dāng)前防彈插板的基本樣式。目前，防彈陶瓷制備技術(shù)已日臻成熟，成為保護(hù)士兵的“生命之盾”。
科技助力，再作升級(jí)
經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的防彈陶瓷種類(lèi)很多，包括氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化鈦等。其中，最常見(jiàn)的是氧化鋁、碳化硅和碳化硼陶瓷。隨著武器系統(tǒng)的升級(jí)換代，傳統(tǒng)的單相陶瓷已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)軍事需求，特別是對(duì)防彈裝備的要求越來(lái)越高。因此，防彈陶瓷開(kāi)始朝著多元化、復(fù)合化、功能化方向發(fā)展——
功能梯度陶瓷。通過(guò)微觀組分設(shè)計(jì)，使得陶瓷性能發(fā)生有規(guī)律性的連續(xù)變化。比如硼化鈦與金屬鈦以及氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅與金屬鋁等金屬/陶瓷復(fù)合體系，在厚度方向上，形成一種結(jié)構(gòu)變化，確保防彈陶瓷從迎彈面的高硬度過(guò)渡到背彈面的高韌性。這樣，既可滿足裝甲抗彈要求，又可增強(qiáng)其抗多發(fā)彈能力，在防護(hù)中小口徑穿甲彈時(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)。
納米復(fù)相陶瓷。在單相陶瓷的基礎(chǔ)上，添加亞微米級(jí)或納米級(jí)分散粒子，構(gòu)成復(fù)相陶瓷。如碳化硅-氮化硅-氧化鋁、碳化硼-碳化硅等，可以在一定范圍內(nèi)改善陶瓷的硬度、韌性和強(qiáng)度。有報(bào)道稱(chēng)，國(guó)外正在探索將納米尺度的粉體黏結(jié)在一起的燒結(jié)工藝，能夠把陶瓷晶粒尺寸減小到幾十納米，從而提高材料硬度和強(qiáng)度。這是未來(lái)先進(jìn)陶瓷裝甲的一個(gè)主要發(fā)展方向。
透明陶瓷。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?yàn)榫哂泻芨叩膹?qiáng)度和硬度，同時(shí)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(cè)窗口、車(chē)輛觀察窗、潛艇潛望鏡等軍事裝備上加以應(yīng)用。由于能低成本制造大尺寸、復(fù)雜形狀透明部件，這樣的陶瓷，已被不少軍事強(qiáng)國(guó)列為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的光功能透明材料之一。
目前，無(wú)論是在軍事上，還是在民用技術(shù)領(lǐng)域中，陶瓷應(yīng)用都極其廣泛?？梢灶A(yù)見(jiàn)，古老的矛與盾的故事，仍將在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上演精彩的強(qiáng)強(qiáng)對(duì)決。
上圖：防彈陶瓷塊。
下圖：典型防彈陶瓷破壞倒錐。