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1、坦克装甲及穿甲中的复合材料一、装甲材料一、装甲材料用做装甲的材料大体有四类即：金属、陶瓷、玻璃钢和用做装甲的材料大体有四类即：金属、陶瓷、玻璃钢和“凯夫拉凯夫拉”。这几种材料都是制造装甲的基本材料，如果他们都各自的这几种材料都是制造装甲的基本材料，如果他们都各自的单独使用，很难将性能发挥到极致，装甲的效果不能很好，单独使用，很难将性能发挥到极致，装甲的效果不能很好，只有各自配合使用，形成复合材料装甲，才能发挥更强的只有各自配合使用，形成复合材料装甲，才能发挥更强的作用。作用。早期的钢板装甲坦克中期的倾斜装甲主要材料是高锰钢、匀轧制钢1、玻璃纤维复合材料装甲、玻璃纤维复合材料装甲早在二次世界大战
2、期间美国已开始进行玻璃纤维复合装甲早在二次世界大战期间美国已开始进行玻璃纤维复合装甲的研究，并成功研制了玻纤的研究，并成功研制了玻纤/聚酯装甲材料，随着聚酯装甲材料，随着S-2 高强高强玻璃纤维的出现，高性能玻璃纤维复合材料作为较廉价的玻璃纤维的出现，高性能玻璃纤维复合材料作为较廉价的抗弹装甲材料成为第一代复合装甲材料。抗弹装甲材料成为第一代复合装甲材料。对于同一口径、同一种类的弹丸，玻璃钢复合装甲的抗弹对于同一口径、同一种类的弹丸，玻璃钢复合装甲的抗弹能力可达到钢的能力可达到钢的3倍以上。并对破甲弹具有使射流弯曲、倍以上。并对破甲弹具有使射流弯曲、不规则断裂失稳的能力，使射流临界侵彻速度明显
3、提高。不规则断裂失稳的能力，使射流临界侵彻速度明显提高。此外玻璃纤维复合材料对于核辐射也具有极强的衰减作用。此外玻璃纤维复合材料对于核辐射也具有极强的衰减作用。前苏联于前苏联于1960 年代初生产的年代初生产的T-64主战坦克的炮塔和车体采用主战坦克的炮塔和车体采用“钢钢+ 增强玻璃增强玻璃纤维纤维+ 钢钢”的三明治结构，成为世界上第一款全面使用复合装甲的主战坦克。的三明治结构，成为世界上第一款全面使用复合装甲的主战坦克。其后研制生产的其后研制生产的T-72、 T-80 和和T-95坦克的复合装甲结构中也都延用高强玻纤坦克的复合装甲结构中也都延用高强玻纤作为装甲夹层防护材料。作为装甲夹层防护材
4、料。T-80T-72T-95早期美国陆军材料与力学研究中心早期美国陆军材料与力学研究中心(AMMRC)用玻纤复合材料制造出用玻纤复合材料制造出了炮塔结构件，这种新型材料炮塔不仅满足了车体结构强度和防弹性了炮塔结构件，这种新型材料炮塔不仅满足了车体结构强度和防弹性能要求，而且还使车体的质量减轻了约能要求，而且还使车体的质量减轻了约12.5 %。此后美国的联合防务公司分别于此后美国的联合防务公司分别于1989 年和年和1997 年制造的年制造的“布雷德利布雷德利”复合装甲型步兵战车和复合装甲型装甲车（复合装甲型步兵战车和复合装甲型装甲车（CAV），均采用），均采用S-2 型高型高强玻纤和聚酯树脂模
5、压工艺制备结构复合材料，并在车辆外侧可再镶强玻纤和聚酯树脂模压工艺制备结构复合材料，并在车辆外侧可再镶嵌高硬度陶瓷以提高装甲防护能嵌高硬度陶瓷以提高装甲防护能2、芳纶复合材料装甲、芳纶复合材料装甲芳纶是美国杜邦公司在芳纶是美国杜邦公司在1970 年初期开发研制的一种有机年初期开发研制的一种有机纤维，它具有比强度高，断后延伸率好，抗破坏力强等特纤维，它具有比强度高，断后延伸率好，抗破坏力强等特点，被称为第二代复合装甲材料。将芳纶层压板与陶瓷或点，被称为第二代复合装甲材料。将芳纶层压板与陶瓷或钢板复合，用作坦克装甲，如美国钢板复合，用作坦克装甲，如美国MI 主战坦克主战坦克“钢钢+Kevlar+
6、钢钢”型的复合装甲，它能防子弹以及破甲厚度约型的复合装甲，它能防子弹以及破甲厚度约700mm 的反坦克导弹，还能减少因被破甲弹击中而在驾的反坦克导弹，还能减少因被破甲弹击中而在驾驶舱内形成的瞬时压力效应。驶舱内形成的瞬时压力效应。M1主战坦克3、UHMWPE 纤维复合材料装甲纤维复合材料装甲UHMWPE纤维是继芳纶之后开发的第三代抗弹纤维，它纤维是继芳纶之后开发的第三代抗弹纤维，它具有密度低、抗吸湿性好、耐磨性好良好的动能吸收性等具有密度低、抗吸湿性好、耐磨性好良好的动能吸收性等特点。特点。此外，在同等面密度时此外，在同等面密度时UHMWPE 纤维复合材料防弹能力纤维复合材料防弹能力比芳纶复合
7、材料高约比芳纶复合材料高约25 %4、陶瓷复合装甲材料、陶瓷复合装甲材料相对于其他装甲，陶瓷装甲具有硬度高、质量轻的优点，相对于其他装甲，陶瓷装甲具有硬度高、质量轻的优点，其对动能弹和弹药破片的防御能力都很强，已成为一种广其对动能弹和弹药破片的防御能力都很强，已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。同时，泛应用于防弹衣、车辆和飞机等装备的防护装甲。同时，由于陶瓷装甲碎裂后长生的碎片远小于反应装甲，使得陶由于陶瓷装甲碎裂后长生的碎片远小于反应装甲，使得陶瓷装甲更能胜任附加装甲的角色，堪称物美价廉的防护利瓷装甲更能胜任附加装甲的角色，堪称物美价廉的防护利器。器。豹2目前，各军事强国
8、的主战坦克，大都采用陶瓷复合装甲。典型的先进目前，各军事强国的主战坦克，大都采用陶瓷复合装甲。典型的先进复合装甲结构是以陶瓷为面板，纤维复合材料为背板，中间用胶粘剂复合装甲结构是以陶瓷为面板，纤维复合材料为背板，中间用胶粘剂粘接，陶瓷表面覆盖一层尼龙布止裂层。如下图所示：粘接，陶瓷表面覆盖一层尼龙布止裂层。如下图所示：这种结构的防护机理是：当弹体侵彻装甲时，首先撞击到陶瓷面板，利这种结构的防护机理是：当弹体侵彻装甲时，首先撞击到陶瓷面板，利用陶瓷的高强度、高模量、高压缩强度来破坏弹体，降低弹体的速度，用陶瓷的高强度、高模量、高压缩强度来破坏弹体，降低弹体的速度，增大弹丸与装甲的作用面积，同时破
9、坏的陶瓷与弹体相互磨蚀，阻止弹增大弹丸与装甲的作用面积，同时破坏的陶瓷与弹体相互磨蚀，阻止弹体的进一步侵彻。然后利用复合材料背板良好的冲击性能和变形能力来体的进一步侵彻。然后利用复合材料背板良好的冲击性能和变形能力来吸收弹体和破碎陶瓷的剩余能量，使弹体不能穿透背板，从而达到防护吸收弹体和破碎陶瓷的剩余能量，使弹体不能穿透背板，从而达到防护的目的。的目的。英国的英国的“挑战者挑战者”、俄罗斯的、俄罗斯的T-90、日本、日本10式、美国的式、美国的“艾艾布拉姆斯布拉姆斯”和德国的和德国的“豹豹”2坦克，都采用了含有陶瓷的复合坦克，都采用了含有陶瓷的复合材料装甲，这类陶瓷装甲不仅大大减轻了坦克的重量
10、，还材料装甲，这类陶瓷装甲不仅大大减轻了坦克的重量，还提高了灵活机动作战能力。提高了灵活机动作战能力。T-905、贫铀装甲、贫铀装甲 贫铀装甲即为掺杂了贫铀金属的复合装甲，铀的密度为钢贫铀装甲即为掺杂了贫铀金属的复合装甲，铀的密度为钢的的2.5倍，提高靶板材料密度将降低长杆式穿甲弹的侵彻深倍，提高靶板材料密度将降低长杆式穿甲弹的侵彻深度。且铀合金可获得高强度、高韧性，有利于提高靶的抗侵度。且铀合金可获得高强度、高韧性，有利于提高靶的抗侵彻能力。彻能力。 贫铀是制造铀燃料过程中经燃烧后产生的铀杂质。其主要贫铀是制造铀燃料过程中经燃烧后产生的铀杂质。其主要成分是不具放射性的铀成分是不具放射性的铀2
11、38，故称，故称“贫化铀贫化铀”，简称，简称“贫铀贫铀”。 贫铀的硬度和强度都不高，必须添加别的成分制成贫铀合贫铀的硬度和强度都不高，必须添加别的成分制成贫铀合金，再经过热处理。把贫铀合金制成网状结构嵌入钢质基体金，再经过热处理。把贫铀合金制成网状结构嵌入钢质基体内做成装甲块，然后嵌入坦克外壳，就成为贫铀装甲内做成装甲块，然后嵌入坦克外壳，就成为贫铀装甲贫铀装甲于贫铀装甲于1988年由美国发明，用于年由美国发明，用于M1A1坦克及其改进坦克及其改进型型M1A2，这一研究成果是，这一研究成果是20世纪世纪8090年代坦克装甲技年代坦克装甲技术发展史上最重要的进展之一。术发展史上最重要的进展之一。
12、M1A1坦克安装贫铀装甲的部位是车体前部和炮塔，贫铀坦克安装贫铀装甲的部位是车体前部和炮塔，贫铀装甲被安装在两层钢板之间。装甲被安装在两层钢板之间。M1A26、透明装甲、透明装甲 新型新型“透明装甲透明装甲”所用材料是一种陶瓷混合物，具有极高所用材料是一种陶瓷混合物，具有极高的耐压强度，不怕剐蹭，经久耐用，性能高，重量轻。氧的耐压强度，不怕剐蹭，经久耐用，性能高，重量轻。氧化铝和氧化铁细粉混合后，在化铝和氧化铁细粉混合后，在18000高温下热压或者烧高温下热压或者烧结而制成的尖晶石透明陶瓷，其硬度、强度高，化学稳定结而制成的尖晶石透明陶瓷，其硬度、强度高，化学稳定性好，其防弹能力接近蓝宝石，被
13、媒体形象的称为性好，其防弹能力接近蓝宝石，被媒体形象的称为“蓝宝蓝宝石石”透明装甲，可用作飞机座舱风挡、高级轿车防弹窗，透明装甲，可用作飞机座舱风挡、高级轿车防弹窗，坦克的观察窗、瞄准镜等。坦克的观察窗、瞄准镜等。 美国美国Saint-Gobain晶体公司推出的晶体公司推出的“蓝宝石蓝宝石”透明装甲，透明装甲，与具有相同弹道性能的只含玻璃的系统相比，重量和厚度与具有相同弹道性能的只含玻璃的系统相比，重量和厚度都减少了都减少了40%。在试验中，它能挡住。在试验中，它能挡住7.62毫米口径的毫米口径的M-44狙击步枪和狙击步枪和12.7毫米口径狙击步枪的穿甲弹，甚至还能抵毫米口径狙击步枪的穿甲弹，
14、甚至还能抵挡多发挡多发7.62毫米穿甲子弹的射击毫米穿甲子弹的射击。二，穿甲机制及穿甲材料二，穿甲机制及穿甲材料1，穿甲弹，穿甲弹 穿甲弹是一种典型的动能穿甲弹是一种典型的动能弹，它主要靠弹丸命中目弹，它主要靠弹丸命中目标时的大动能和本身的高标时的大动能和本身的高强度击穿钢甲其特点为强度击穿钢甲其特点为初速高，直射距离大，射初速高，直射距离大，射击精度高，是坦克炮和反击精度高，是坦克炮和反坦克炮的主要弹种。穿甲坦克炮的主要弹种。穿甲弹的弹丸，都是用比坦克弹的弹丸，都是用比坦克装甲硬得多的高密度合金装甲硬得多的高密度合金钢、碳化钨等材料制成的。钢、碳化钨等材料制成的。一般用于毁伤坦克、自行一般用
15、于毁伤坦克、自行火炮、装甲车辆、舰艇、火炮、装甲车辆、舰艇、飞机等装甲目标，也可用飞机等装甲目标，也可用于破坏坚固防御工事。于破坏坚固防御工事。 穿甲弹早在十九世纪便已在战场厮杀，当时，它主要穿甲弹早在十九世纪便已在战场厮杀，当时，它主要对付装甲战船，用得还不普遍。对付装甲战船，用得还不普遍。 第一次世界大战中坦克面世，装甲弹才第一次世界大战中坦克面世，装甲弹才 风风火火冲进风风火火冲进战场。穿甲弹在与坦克的斗争中得到迅速发展。普通穿甲战场。穿甲弹在与坦克的斗争中得到迅速发展。普通穿甲弹采用高强度合金钢做弹体，头部采用不同的结构形状和弹采用高强度合金钢做弹体，头部采用不同的结构形状和不同的硬度
16、分布，对轻型装甲的毁伤有较好的效果。不同的硬度分布，对轻型装甲的毁伤有较好的效果。 第二次世界大战时，重型坦克杀上战场，装甲厚度达第二次世界大战时，重型坦克杀上战场，装甲厚度达到到150-200毫米。相应地研制出碳化钨弹芯的次口径超速毫米。相应地研制出碳化钨弹芯的次口径超速穿甲弹和用于锥膛炮发射的可变形穿甲弹，由于减轻弹重，穿甲弹和用于锥膛炮发射的可变形穿甲弹，由于减轻弹重，提高初速，增加了着靶比动能，提高了穿甲威力。提高初速，增加了着靶比动能，提高了穿甲威力。 贫铀弹，是指以贫铀为主要原料制成的导弹、炸弹、炮弹、子弹等。贫铀弹以高密贫铀弹，是指以贫铀为主要原料制成的导弹、炸弹、炮弹、子弹等。
17、贫铀弹以高密度、高硬度、高强度的贫铀合金制作弹芯，爆炸时，产生高温化学反应，可以用来摧度、高硬度、高强度的贫铀合金制作弹芯，爆炸时，产生高温化学反应，可以用来摧毁坚固建筑和攻击坦克。贫铀弹主要是用来攻击装甲等坚固目标的，是穿甲弹家族的毁坚固建筑和攻击坦克。贫铀弹主要是用来攻击装甲等坚固目标的，是穿甲弹家族的一员，对人类的伤害只是一种附带伤害。由于贫铀弹不是利用可裂变核素的链式核裂一员，对人类的伤害只是一种附带伤害。由于贫铀弹不是利用可裂变核素的链式核裂变反应或轻核的聚变反应释巨大能量来达到战争目的的，所以贫铀弹是放射性非核武变反应或轻核的聚变反应释巨大能量来达到战争目的的，所以贫铀弹是放射性非
18、核武器。器。 对于放射性非核武器贫铀弹，具有以下三个突出的特点：对于放射性非核武器贫铀弹，具有以下三个突出的特点： 1，穿透能力极强。美军向沙特出售的，穿透能力极强。美军向沙特出售的105mm口径贫铀穿甲弹可以在口径贫铀穿甲弹可以在600m的距离的距离上穿透北约国家标准的三层靶板，火箭增程贫铀穿甲弹可以穿透上穿透北约国家标准的三层靶板，火箭增程贫铀穿甲弹可以穿透900mm的甲板，可谓的甲板，可谓所向披靡。所向披靡。 2，可燃性。贫铀弹爆炸后会形成贫铀微粒与空气，可燃性。贫铀弹爆炸后会形成贫铀微粒与空气 接触或与装甲等坚硬的物质撞击时，会产生自燃接触或与装甲等坚硬的物质撞击时，会产生自燃，容容
19、易引燃遭袭车（船）内的燃油和引爆弹药。易引燃遭袭车（船）内的燃油和引爆弹药。 3，持续伤害性。由于贫铀有一定的放射性，其蜕，持续伤害性。由于贫铀有一定的放射性，其蜕 变过程中会放出变过程中会放出、射线，对生物体构成放射性射线，对生物体构成放射性 危害。同时，贫铀还是一种重金属毒物如果进入人体危害。同时，贫铀还是一种重金属毒物如果进入人体 ，会影响人体的新陈代谢过程，尤其是对肾脏的损伤，会影响人体的新陈代谢过程，尤其是对肾脏的损伤 较为显著。较为显著。 2，碎甲弹，碎甲弹 通过塑性炸药在装甲板通过塑性炸药在装甲板上爆炸产生冲击波，利上爆炸产生冲击波，利用超压崩落坦克装甲内用超压崩落坦克装甲内层碎
20、片来杀伤车内人员层碎片来杀伤车内人员和毁伤设备。碎甲弹最和毁伤设备。碎甲弹最初是由英国人发明的，初是由英国人发明的，而且一直使用至今。碎而且一直使用至今。碎甲弹用来对付二战坦克甲弹用来对付二战坦克的均质钢装甲比较有效。的均质钢装甲比较有效。它的另一个优点是可以它的另一个优点是可以作为普通高爆弹使用。作为普通高爆弹使用。 3 3，破甲弹，破甲弹 一般情况下，一般情况下，“破甲弹破甲弹”是指成型装药破甲弹，也称是指成型装药破甲弹，也称空心装药破甲弹或聚能装药空心装药破甲弹或聚能装药破甲弹。破甲弹和穿甲弹是破甲弹。破甲弹和穿甲弹是击毁装甲目标的两种最有效击毁装甲目标的两种最有效的弹种，穿甲弹靠弹丸或弹的弹种，穿甲弹靠弹丸或弹芯的动能来击穿装甲，因此，芯的动能来击穿装甲，因此，只有高初速火炮才适于配用。只有高初速火炮才适于配用。而破甲弹是靠成型装药的聚而破甲弹是靠成型装药的聚能效应压垮药型罩，形成一能效应压垮药型罩，形成一束高速金属射流来击穿装甲，束高速金属射流来击穿装甲，不要求弹丸必须具有很高的不要求弹丸必须具有很高的弹着速度。弹着速度。谢谢！谢谢！
