坦克裝甲車泛指一切具有裝甲防護的軍用車輛，包括主戰坦克、坦克殲擊車、偵察車、裝甲運兵車和步兵戰車等。隨著科學技術和武器裝備的發展，戰爭對坦克裝甲車輛的機動、防護和火力等性能提出了越來約嚴苛的要求。為止，坦克裝甲車所用材料的不斷升級勢在必行。精細陶瓷是繼金屬材料、高分子材料之后的第3種工程材料，其具有高溫強度突出，耐磨性能優越，比重小，耐腐蝕性能極佳的特點，特別適用于極端惡劣的工作環境。將精細陶瓷應用于坦克裝甲車，其優越性能可大大提升武器裝備性能，可以讓坦克裝甲車輛“武功更高強”。 

圖1：2009年國慶60周年閱兵中的“陸戰之王”99式坦克

精細陶瓷作為應用于極端惡劣條件的材料代表，下文小編將帶大家瞧瞧其哪些特質為坦克裝甲車“武功更強”做出了貢獻。

一、動力裝置上的精細陶瓷

在一定儲油量條件下，發動機熱效率越高，行駛里程越長，坦克裝甲車輛的戰役機動性就越好。提高坦克裝甲車輛的機動性能關鍵因素在于提高發動機性能，并降低全車質量。精細陶瓷由于其具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、密度小、導熱率低等優異性能而受到廣大發動機設計、研究人員的青昧。

圖2： 天下武功，唯快不破

理論研究表明：在相同條件下，提高發動機的工作溫度，其功率可相應增大，燃燒效率大大提高。采用金屬材料作為發動機材料，鋁合金的耐溫極限為350℃，鋼和鑄鐵為450℃，最好的超級耐熱合金的耐溫極限也不能超過1093℃，金屬材料的耐溫極限極大地限制了發動機工作溫度的提升。且為金屬材料降溫使用的各種冷卻裝置不但使發動機設計復雜化，還增加質量，耗費大量功率。為了解決傳統發動機結構復雜、熱效率低的問題，科研人員將目光投向了導熱率低，耐高溫，耐腐蝕的精細陶瓷材料身上。

在20世紀70年代，美國康明斯公司提出了陶瓷隔熱渦輪復合發動機(陶瓷絕熱發動機)的設想，即以精細陶瓷替代現行的金屬材料制造發動機，采用減少或取消冷卻系統、但保持較高工作溫度的設計方案來提高發動機的熱效率，并減小發動機質量。康明斯公司的設想得到了美國陸軍坦克汽車指揮部和能源部的支持，并于1975年開始實施一項絕熱機的長期研究計劃，以期將把絕熱機技術應用于軍事設備，提升設備各項綜合能力。除了美國人，陶瓷發動機在世界范圍內也受到了熱捧，各類研究也是百花齊放，如下為部分研究成果舉例。

“美國研制的無冷卻式陶瓷發動機坦克，比安裝相同功率鋼質發動機的坦克速度每千米縮短33秒，體積和質量減少21%。日本小松制作所在運輸省的資助下，于1976年開展了缸徑為125mm的全陶瓷噴涂渦輪復合絕熱機的研制，并在1984年完成 1000 h臺架耐久試驗后轉入使用試驗。德國聯邦科學技術部于1980-1983年開展了一項名為KE—BOD的汽油機，柴油機陶瓷零件研究計劃。我國在“七五”、“八五”和“九五”期間也開展了陶瓷柴油發動機的研制工作，并先后研制成功6105型無水冷柴油機、6135型渦輪復合絕熱發動機等幾種先進陶瓷發動機。”

然而，整體陶瓷發動機開發技術難度非常大，特別是陶瓷材料的高成本和低可靠性這2大問題實在難以解決，于是許多國家將研究重點轉向陶瓷零部件，目前，這方面的成果已超出了實驗室的研究階段，許多陶瓷零部件已大批生產，并在坦克裝甲車輛的發動機上得到廣泛應用。

如下為部分成果舉例：

美國：美國M1A1坦克的AGT-1500燃氣輪機采用了陶瓷渦輪葉片，使發動機工作溫度提高到1200℃，熱效率提高45%，節省燃料30％ ，并提高了坦克的機動性能。

俄羅斯：俄羅斯的PT-5等坦克在燃氣發動機的轉子葉片、透平盤和燃燒室等部件上使用了反應燒結Sic和Si₃N₄ 陶瓷，使得最高工作溫度達1400℃ ，功率在880~1100 kW 之間，最大時速達85 km。

德國：德國在“豹”Ⅱ等坦克中使用的MT800系列柴油機在排氣口鑲嵌了陶瓷構件，燃燒室采用了陶瓷涂層隔熱技術，大大提高了燃燒效率、降低了油耗。

圖3德國在“豹”Ⅱ系列坦克是個暢銷貨(上圖“豹”ⅡA6)

備注：坦克發動機有柴油機及燃氣輪機兩種。燃氣輪機的特點就是體積小，重量輕，功率大，目前的燃氣輪機還相對的不成熟，成本高、耗油量大、維護艱難。世界上也只有財大氣粗的美國人，和石油天然氣資源豐富的阿拉伯人和俄羅斯人才敢在坦克上用的起燃氣輪機。

二、防護裝置上的精細陶瓷

精細陶瓷的高強度、高硬度、低密度特性使得精細陶瓷成為制造裝甲防護系統的理想材料，用作裝甲的精細陶瓷維氏硬度值大多在1500HV~3500HV之間。陶瓷既輕又強的特點，可以使得單位防護面積的質量大大降低，舉個例子，常用的碳化硼陶瓷其密度大約是裝甲鋼的1/3左右，同樣的防護面積，質量卻可大大減小。

此外，精細陶瓷還具有比金屬材料高得多的動力學彈性極限。利用陶瓷材料的密度效應、吸能效應、磨損效應等特性可顯著地提高坦克裝甲車輛的防護能力。根據防護要求的不同，目前應用于裝甲防護裝置上的陶瓷材料主要有Al₂O₃ 、B₄C、SiC、TiB₂和AlN等5種，其中應用于坦克裝甲防護的主要為氧化鋁和硼化物基陶瓷。

圖4 碳化硅防彈板

碳化硅防彈板：碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、彈道性能較好、價格較低，而廣泛用于防彈裝甲中，如車輛、艦船的防護以及民用保險柜、運鈔車的防護中。碳化硅陶瓷的彈道性能優于氧化鋁陶瓷，約為碳化硼陶瓷的70-80%，但由于價格較低，特別適合用于用量大，且防護裝甲不能過厚、過重的場合。

在上述5種陶瓷材料中，硼化物基材料的抗彈侵徹性能最好，代表了坦克陶瓷裝甲的發展方向，但由于其獨特的金屬、共價和離子型鍵相互作用，使得其存在熔點高、燒結困難、制備方法復雜、工藝穩定性難以控制、制造成本高昂等缺點。素有“黑鉆石”之稱的碳化硼抗打擊能力更是一級棒，硬度如鉆石般，比重卻小于碳化硅及氧化鋁基防護材料，但工藝難度大，制備成本極其高昂。陶瓷作為一種脆性材料，其斷裂韌度值非常低，不能承受任何疲勞或結構負荷，也不能經受多重打擊。因此，要達到滿意的防護效果，通常采用與其他裝甲材料組合使用的方式。20世紀60年代美國首次在越南戰場上使用Al₂O₃/Al陶瓷復合裝甲，經過各國研究人員多年的努力，陶瓷復合裝甲系統由最初的雙層裝甲系統發展到后來的多層裝甲系統。

透明裝甲陶瓷是新興的一種陶瓷裝甲材料，不但具有明顯的防彈能力和較高的透明度，其表面密度還僅為現有玻璃的65%左右。目前主要以鋁酸鎂尖晶石、硝酸氧化鋁尖晶石和藍寶石等材料為主。通常由多層組成，第一層為陶瓷面板，用于破碎彈頭或使其變形；后一層為韌性較高的聚合物，用于吸收彈丸和面板碎片的殘余動能；中間夾有柔性隔離層，以逐層添加的方式提供附加的防護能力，緩解由熱膨脹錯配造成的應力，并防止裂紋擴展。

三、火力裝置的精細陶瓷

現代火炮系統不斷向遠射程、大威力的方向發展，要有更快的彈丸速度、更高的炮口能量，在高溫高壓以及火藥氣體的綜合作用下，特別是連續射擊時，炮管的燒蝕極為嚴重，嚴重影響了坦克裝甲車輛戰技性能的發揮。因此對坦克火炮身管所能承受的壓力和溫度的要求也越來越高。而精細陶瓷具有抗高壓、抗蠕變、高熔點及高溫化學穩定性好的特點，可以有效預制炮管的嚴重燒蝕，大大延長炮管的使用壽命，讓坦克的戰斗力持久不衰。另一方面，火炮輕量化的需求日益突出，減薄鋼炮管的厚度，代之以高強度、高模量、高韌性的復合材料，不僅可以減輕炮管質量，還可以更好地平衡炮管，以便使用更小的驅動系統，從而減輕整個武器系統的質量。

圖5 精細陶瓷讓火炮火力更猛壽命更長

有研究認為：SiC、Si₃N₄ 和SiAlON等是最適合用作炮管內襯的陶瓷材料，包纏纖維增強復合材料外保護套是解決陶瓷材料拉伸強度低、脆性大等缺點的最佳設計。采用陶瓷內襯復合材料炮管技術可使炮管壽命提高50％ ，炮管單位長度的質量減小5％-25％ ，直接火力的炮口動能增加20％。

此外，采用微球型納米陶瓷粉末制備的潤滑劑，可使普通的滑動摩擦轉變成了滾動摩擦，在火炮身管和槍管噴涂這種潤滑劑后可提高彈丸初速15%以上，同時可有效減少磨損量，提高武器使用壽命。

四、兩棲裝甲裝備防腐蝕

在高溫、高濕、高鹽霧和高日照的服役環境條件下，金屬材質的兩棲裝甲裝備腐蝕較為嚴重。兩棲裝甲裝備下海訓練或服役后，如果不及時清洗，20~30min后車體就會出現許多紅色的浮銹，12 h后浮銹部位就會形成直徑約1mm左右的銹斑。兩棲裝甲裝備如果沒有一點點防備就下水，海水的腐蝕會直接導致裝備維修保養工作量增大、保障費用上升、裝備故障率增高、戰技性能急劇下降。

圖6 兩棲突擊車

而精細陶瓷材料具有化學性質穩定、耐腐蝕的特點，不畏強酸強堿，通過在裝甲鋼上噴涂陶瓷層的方式可有效阻止海水對裝甲鋼的腐蝕；采用陶瓷泥技術可有效解決坦克輪轂處螺紋孔與螺栓的銹蝕難題；氧化鋁制的陶瓷炮塔座圈彈子可有效解決坦克炮塔與座圈的咬死與粘連問題。

五、夜視和紅外熱成像系統組件

在坦克夜視裝置中，紅外熱像儀制冷壓縮機中的壓縮活塞和汽缸是紅外成像系統中的一個關鍵組件，在實際使用過程中常因各種力、力矩的作用使得工作表面形成劃痕，磨損極為嚴重，致使壓縮機在運行過程中振動加劇，噪聲增大，影響制冷效果。研究人員利用精細陶瓷耐摩擦、耐磨損的特點，開發的氮化硅陶瓷壓縮活塞和汽缸壽命長達2000 h，大幅度提高了微型斯特林制冷機的制冷效果。

備注：制冷型紅外熱成像儀工作時，制冷機先進行工作來降低自身的溫度，這樣在檢測其他物體時靈敏度更高，精度更高，誤差更小，檢測溫度范圍更廣，可以讓坦克更加精準發現目標。斯特林制冷機具有高效率、快速制冷、小尺寸、重量輕、低功耗和高可靠性的優點，因此微型斯特林制冷機被廣泛地應用于紅外探測器和高溫超導領域。

參考來源

1、精細陶瓷在坦克裝甲車輛中的應用與發展；裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室，唐修檢 ，田欣利，吳志遠 ，姚巨坤；裝甲兵工程學院科研部，何嘉武。

編輯：粉體圈 小白