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千锤百炼出深山——硬质防弹材料系列之陶瓷

这是防弹材料系列的最后一篇,接下来就是产品和应用了。

这是防弹材料系列的最后一篇,接下来就是产品和应用了。

再次重申,我不是学材料的,欢迎各位材料或相关专业的读者来指出错误或补充知识,以免误人。


上篇是硬质防弹材料最传统的成员,这篇就是硬质防弹材料最新成员,也是最有前途的——陶瓷。当然不是我们平常吃饭用的碗碟,而是工业用特别是航空工业级别的特种陶瓷。

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对不起实在是找不到ceradyne sapi的全家福,找个evike假板子意思意思

陶瓷防弹产品通常以插板的形式出现,目前应用范围最广、知名度最高的陶瓷防弹产品当属美军使用的SAPI(轻武器防护插板)和ESAPI(增强型轻武器防护插板)系列板材。一套SAPI/ESAPI组件包含一前一后两块主板,两块侧板,按需选用。商业插板的选择则更多更丰富,定制化程度也更高。不过因为SAPI板子的剪裁非常符合人体工程学(肩膀切角,多曲面贴合人体曲线)且认知优势,以至于SAPI-cut成为了专门针对这种版型/形状/剪裁的特定称呼。 

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SAPI宣传图,作为一种高等级内衬,SAPI一开始是作为加强型补充而设计开发的

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不光陆军用,海军陆战队也用,成功案例不少

市面上最常见的防弹陶瓷材料分三种:氧化铝,碳化硅,碳化硼。

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氧化铝——是的你没看错,氧化铝/矾土/刚玉。氧化铝是白色固体,是铝和氧的化合物,分子式为Al2O3,密度Density: 3.88-3.92 g/cm³。氧化铝是所有氧化物当中强度最大、硬度最高的。氧化铝陶瓷比一般钢铁轻一半,比相同防弹能力同面积的装甲钢重量轻40%。氧化铝也是被运用在防弹领域的第一代陶瓷。

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碳化硅,又名:碳硅石、金钢砂或耐火砂,分子式:SiC,是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成的一种耐火材料,比重为3.20~3.25。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。

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碳化硼,化学式B4C,是一种极硬的陶瓷材料,用于防弹护甲,车辆用装甲和很多工业应用品中。它的摩氏硬度为9.3,并是继金刚石、立方氮化硼、富勒烯化合物和钻石整体纤管后的第五种已知最硬的物质。碳化硼为黑色有金属光泽晶体,俗称黑钻石。

碳化硼不溶于水和有机溶剂,化学稳定性强,耐酸、碱腐蚀,几乎不与所有的酸、碱溶液反应。碳化硼还具有如下多种特性:具有较大的热中子俘获截面,中子吸收能力强,故有中子吸收剂(听说毛子在切尔诺贝利撒了不少碳化硼)之称;具有半导体性等。


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陆战队SPC+全套护甲

作为防弹材料,就是将上述这些材料制备成粉末并进行烧结成块从而变成具备防弹能力的陶瓷块,再与其他配料进一步整合成为可穿戴的成品。

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陶瓷材料的防弹原理是通过高硬度的材料结构破碎吸能来阻挡弹头。

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因为陶瓷硬度比钢材高,密度不到钢材的一半,所以是理想的高等级弹道防护材料,特别适合作为移动防护装甲,包括车辆和个人穿戴。

当然陶瓷也不是完美的。

  • 首先,陶瓷材料对原料和工艺要求高,本身制备成本就比钢材要高,且存在不可避免的良品率问题。后期的成品加工也极为考研厂家的技术能力和专业水平,所以成品的防弹插板价格都比较高。

  • 其次,陶瓷材料硬度虽高,但是比较脆,而且其本身设计就是要通过破碎来吸能,故而在使用上需要注意防磕碰以免浪费防护性能。

  • 最后,因为陶瓷防弹插板并不是由纯陶瓷构成的,而是会有背板有包裹材料,有些板材还会加上橡胶包边。而防弹陶瓷核心有整板和块状之分,整板对于压制有着极高的工艺要求,稍有不慎就会破碎。而块状排列也就是堆麻将牌,这对于粘合剂选用和压合处理、“麻将牌”的组合排列有着很高的要求。这些细节都直接决定最终成品的使用效能,而不同厂家的技术水平和处理能力是决定最终成品(防弹插板)定价的直接因素。

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组合排列中的”麻将牌“

陶瓷防弹插板成品属于细分领域里的细分行业,其中有名的企业有:3M Ceradyne,Safariland ProTech,BAE Systems等。

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其中Ceradyne是全美乃至全球数一数二的特种陶瓷生产企业(2012年被3M收购),也是美军ESAPI项目的主要承包商。

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贵出天际的PROTECH

目前国内也有很多企业参与陶瓷防弹插板的生产和销售,比如浙江立泰等。产品不仅提供给国内专业用户,还远销海外。

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特别鸣谢浙江立泰授权使用图片素材

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