防彈衣，又稱避彈背心，用于防護(hù)彈頭或彈片對(duì)人體的傷害。防彈衣主要由衣套和防彈層兩部分組成。衣套常用化纖織品制成，防彈層一般用金屬（特種鋼、鋁合金和鈦合金）、陶瓷片（碳化硼、碳化硅和氧化鋁）、玻璃鋼和超高分子聚乙烯纖等制成。其中，防彈層可以吸收彈頭或彈片的動(dòng)能，對(duì)低速?gòu)楊^或彈片具有明顯的防護(hù)效果，在控制一定的凹陷情況下可減輕對(duì)人體胸部、腹部的傷害。

依據(jù)防彈層的軟硬程度不同，防彈衣可分為軟體、硬體和軟硬復(fù)合體三種類型。軟體防彈衣以高性能紡織纖維吸收沖擊能量，而硬體防彈衣一般以插板式為主，利用金屬或陶瓷插板起到防護(hù)功能。復(fù)合防彈衣則是以軟質(zhì)材料為內(nèi)襯，硬質(zhì)材料為面板或增強(qiáng)材料。

圖1 二戰(zhàn)時(shí)期蘇聯(lián)士兵裝備的硬體防彈衣，可以看出其防彈層為鋼板，鋼板的強(qiáng)度能夠滿足戰(zhàn)斗中抵御彈片的需求，但是不利于士兵的靈活作戰(zhàn)

圖2 美軍M12防彈衣采用了鋁板作為防彈層，鋁板相對(duì)鋼板明顯會(huì)更為輕便，但防護(hù)能力相對(duì)較弱

更輕更強(qiáng)的防彈陶瓷

陶瓷是一類能夠兼具輕便與強(qiáng)度的防彈材料，其應(yīng)用最早可以追溯到1962年，Goodyear航空航天公司研制出的高硬度表面材料的復(fù)合裝甲，是將氧化鋁陶瓷塊粘到相對(duì)薄（約6mm）的韌性鋁背板上，用7.62mm穿甲彈射擊這種靶板，同時(shí)還借助于高速攝影和HETP有限差分計(jì)算程序?qū)棸凶饔眠^程進(jìn)行模擬，對(duì)陶瓷復(fù)合裝甲進(jìn)行了深入研究。在1965年，Goodyear公司又推出了適合軍用飛機(jī)裝備的碳化硼材質(zhì)防彈裝甲。此后，陶瓷材料作為一種新型的防彈裝甲，逐步應(yīng)用到軍用飛機(jī)、坦克、艦艇及單兵防彈衣上。

圖3 Goodyear公司為波音公司生產(chǎn)的B-29轟炸機(jī)尾翼

陶瓷材料與傳統(tǒng)金屬材料在防彈原理上的最大不同是：金屬材料可以通過塑性變形吸收彈頭的能量，而陶瓷作為脆性材料，其破壞時(shí)塑性變形量近乎為0。因此，在彈頭較大沖擊力作用下，陶瓷材料主要通過微破碎過程吸收能量，其主要過程大致分為初始撞擊階段、侵蝕階段和變形斷裂階段。防彈陶瓷表層能使得彈頭鈍化，表面粉碎為細(xì)小而堅(jiān)硬的顆粒，當(dāng)變鈍的彈丸繼續(xù)深入，使得防彈陶瓷形成碎片層，材料內(nèi)部的拉應(yīng)力使得陶瓷碎裂，剩余的能量由背板吸收。因此，陶瓷的彈性模量、硬度越大，密度越小，陶瓷對(duì)于動(dòng)能吸收能力越強(qiáng)，即防彈性能越好。

陶瓷材料應(yīng)用于防彈衣，最為成功的案例是美軍現(xiàn)役的“攔截者”防彈衣。“攔截者”防彈衣由可拆洗的戰(zhàn)術(shù)背心式外套、凱夫拉軟質(zhì)防彈內(nèi)層和前后兩片碳化硼防彈板三部分組成，于2001年1月開始裝備美軍，不含防護(hù)板的“攔截者”重約3.81千克，而全套“攔截者”防彈衣僅重7.44千克，比老式防彈衣PASGT/SAPO的組合輕4.08千克。

除了輕便以外，防彈陶瓷的突出特點(diǎn)還有防護(hù)能力強(qiáng)，這源于陶瓷自身的高比強(qiáng)度、大彈性模量和高硬度。2005年8月，互聯(lián)網(wǎng)上流傳的一段伊拉克反美武裝拍攝的狙擊手襲擊駐伊美軍的錄像。不過，其內(nèi)容更像是為美軍的“攔截者”防彈衣做了一次廣告：遇襲的美軍醫(yī)護(hù)兵悠哉游哉地站在公路邊，“砰”地一聲槍響后，SVD狙擊步槍射出的子彈瞬間擊中醫(yī)護(hù)兵的胸口，強(qiáng)大的沖擊力使后者騰空而起，并摔倒在地。但一轉(zhuǎn)眼，該醫(yī)護(hù)兵又站了起來(lái)，持槍向來(lái)襲方向觀望，然后跑到悍馬車后面尋找掩護(hù)……不過，這名醫(yī)護(hù)兵并非毫發(fā)無(wú)損，SVD彈頭的強(qiáng)大沖擊力使他的胸前出現(xiàn)了紅色的瘀傷。根據(jù)美軍對(duì)“攔截者”防彈衣的評(píng)估，防彈衣本身的防彈等級(jí)達(dá)到I級(jí)，可抵御9mm手槍子彈，在前后各插入一塊重1.81千克的碳化硼輕武器防護(hù)插板后，可以將防御等級(jí)提高到抵擋AK47發(fā)射的7.62mm槍彈的ⅢA級(jí)。不過，這種插板的價(jià)格相當(dāng)昂貴，全配備的“攔截者”防彈衣總價(jià)高達(dá)1600美元。

圖4 防彈衣能夠阻止子彈侵入人體，但是無(wú)法阻止“鈍傷”，即在子彈無(wú)法穿透人體的情況下，巨大的沖擊動(dòng)能仍能使人體形成類似于鈍器猛擊造成的傷害，嚴(yán)重的可能造成人體的內(nèi)臟、骨骼受損。在這一點(diǎn)上，陶瓷材料由于能夠通過斷裂吸收動(dòng)能，因而防護(hù)性能會(huì)優(yōu)于金屬這一類塑性材料。

目前，已經(jīng)應(yīng)用于防彈衣上的陶瓷材料主要為氧化鋁、碳化硅和碳化硼，這三種防彈陶瓷的主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 三種常用的防彈陶瓷材料

小結(jié)與展望

陶瓷材料應(yīng)用于防彈衣上，能夠兼具防護(hù)能力及單兵作戰(zhàn)所追求的輕便性。目前常見的防彈陶瓷中，氧化鋁相對(duì)其它兩種，價(jià)格低廉，能夠滿足一般的防彈需求，而碳化硅、碳化硼價(jià)格昂貴，其中碳化硼的應(yīng)用前景更為明確，但由于價(jià)格高，因此一般將其應(yīng)用到防彈要求最高的部位。例如在2016年人民解放軍全面列裝的昌河武直-10上，在直升機(jī)特別脆弱的座艙肩膀兩側(cè)安裝了能夠抗擊12.7mm大口徑機(jī)槍子彈的碳化硼陶瓷裝甲板；美軍號(hào)稱“飛行坦克”的阿帕奇直升機(jī)的乘員艙下面的彈藥艙直接關(guān)乎人、機(jī)的安全，因此加裝了碳化硼陶瓷和凱夫拉纖維組成的裝甲，可以直接抵御23mm炮彈的攻擊，而其它相對(duì)不重要的部位僅采用了防彈玻璃。

粉體圈 火宣