，
１．前言
现代高科技战争的不断升级，使装甲防护日益受到重视，因此对装甲材料要求的弹道 性能包括抗侵彻能力，抗冲击能力和抗崩落能力有了更高的要求。这在许多文章中早有论述。
当今破坏装甲材料的弹种主要是动能穿甲弹和空心装药破甲弹。动能穿甲弹是由高膛压 火炮发射的高初速实心弹，完全依靠动能击穿装甲。空心装药破甲弹是依靠引爆装药，产生 的高压爆炸波将锥形罩挤压成高速的金属射流作用于防护装甲板，将其烧熔击穿。
氮化硅基陶瓷装甲材料的研究
／
范景林张伟儒李文宏蔡威龙
山东工业陶瓷研究设计院
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摘要：本研究采用Ｓｉ，Ｎ．原料，添加适量的烧结助剂，通过气氛压力烧结，制备了ｓｉ，Ｎ．样品，
进行了抗穿甲和抗破甲试验，并与Ａ１：０３材料和装甲钢材料进行了对比，材料断裂形貌与防
护系数的影响进行了分析讨论。
关健词：氮化硅装甲防护系数穿甲破甲
●Ｖ＝３９．８ｍ／ｍｉｎ ×Ｖ＝６５．５ｍ／ｍｉｎ
▲Ｖ＝１０７．２ｍ／ｍｉｎ ａＤ＿０．６ｍｍ
ｆ＝Ｏ．Ｉｍ／ｒ
图８ ＳＮＴ０１陶瓷刀具Ｖｂ＿Ｌ图 结果表明：刀具在加工淬硬９ＣｒＳｉ（ＨＲＣ５８—６２）时几无破损现象产生，属正常磨损而达到 磨钝标准。刀具耐用度十分理想。在低速时（Ｖ＝５５ｍｍ／ｍｉｎ）切削路程达２０００ｍ以上，高速时 （Ｖ３ｌＯＯｍｍ／ｍｉｎ）也可达到１０００ｍ以上。采用Ｖ＝６０ｍ／ｍｉｎ、ａｐ＝Ｏ．３ｍｍ、ｆ＝Ｏ．２Ⅲ／ｒ参数加工
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９ＣｒＳｉ（ＨＲＣ５８—６２），当后面磨损Ｖｂ＞０．３Ⅻ时被加工工件表面粗糙度Ｒａ＝Ｏ．６３ ｕ ｍ。可见ＳＮＴ０１陶 瓷刀具有优良的切削性能。在工厂应用中，已成功用于加工合金钢、淬硬钢、高铬铸铁及 ＤＺ８１１（ＨＲｃ６２—６４）材质大型轧辊。
４．结论
４．１用新工艺制各的ｓｉｃ，ｉ曾强ＳＮＴ０１材料，分散性及热稳定性能良好，当ＳｉＣ．用量为１０一 １５ｖｏｉ％时达到最佳增强效果。 ４．２随热压烧结温度升高，ａ－Ｓｉ。Ｎ。相向１３相的转变完全，高温时出现一些新的未知相， ＳＮＴＯＩ材料的抗弯强度和断裂韧性先后出现最大值９１２ＭＰａ和７．２０ＭＰａ．４ｍ。 ４．３ ＳＮＴ０１陶瓷刀具切削性能优良、耐用度高，适用于粗、精加工淬硬钢、合金钢及各种冷 硬铸铁。
图１ Ｓ分析结果
ｌ项目 总ｓｉ
Ｎ
Ａ１２０３ Ｆｅ２０３
％
５９．４０ ３６．８８
２－２６
Ｏ．５５
｝Ａ１。０３大部分为制样时研钵混入
ＣａＯ ０．０３
ＭｇＯ Ｎａ２０
０．００５
Ｏ．ＯＳ
Ｋ２０ ０．Ｏｌ
Ｓｉ Ｏ．５６
项目 ％
表３ Ｓｉ３Ｎ．粉的颗粒分布和比表面积
装甲材料 装甲钢 陶瓷 玻璃钢 纤维
高硬度 √
高强度 √ √ √ √
高韧性 √
√
低密度
√ √ √
２．陶瓷装甲的发展概况
早在本世纪初，就开始了用陶瓷做装甲材料，人们发现在金属表面覆盖一层薄而硬的搪 瓷，便可提高其抗弹性能，在第一次世界大战期间用于坦克上：二战期间飞机上首先采用了 玻璃钢；朝鲜战争瓣／ｌ＂ｑ，美制坦克采用了装有硅质芯片的装甲；６０年代以后采用Ａ１２０３陶瓷
图７ ＳＮＴ０１材料断口的ｓＥＭ图 断口粗糙且凹凸不平，表ｔＹ］ＳＮＴ０１材料受外力断裂是典型的裂纹偏转。图中还可以看到 Ｓｉｃ．断裂、拔出和与基体界面解离等情况，表明不同的增强机制。图７中可以见到完好的 ｓｉｃ。存在，说明新工艺制备的ｓｉｃ，耐热性能稳定。 ３．４切肖Ｕ试验及应用 ＳＮＴＯＩ材料按ＩＳ０９３６１－２标准研磨成ＳＮＧＮｌ５０７１２型号刀片，在Ｃ６１５０普通车床上加工淬硬 的９ＣｒＳｉ（ＨＲＣ５８－６２）工件，磨损曲线绘于图８中。
＜１ Ｕｍ ８５．９５
１．２ ｕｍ ４０７－５．８
２－３ｕｍ １．５－２．８
＞３１．ｔｍ １．６．６．３
比表面积
１８．７
３．１．２靶板制作 将烧结好的样品采用有机聚合物与金属板粘接制成靶板，进行实弹靶击试验。
３．２试验方法 ３ ２．１抗穿甲试验
采用２０／２５ｍｍ模拟火炮，全钨杆式穿甲弹（弹丸重１３６．１９，弹托重９９９，装药量９０９）。 ３．２．２抗破甲试验
７００—８００
３．６８
９２
３３０
弹性模量 ＧＰａ ３１０
断裂韧性Ｋ。。 ⅣⅢａｌｌｌｌｏ
７
３４０
３－４．５
从表４可看出ＳｂＮ４材料具有密度低，抗弯曲强度和断裂韧性高于Ａｌ：ｏ，的优势，其硬 度和弹性模量基本相似，这就为ｓｉ。Ｈ材料作为抗弹体取得了优势条件。而且气氛压力烧结 具有产出量大的特点，为ｓｂＭ材料的应用和降低成本创造了有利条件。 ４．１靶试结果
参考文献
［１］吴建铣，硅酸盐学报，］８１１］（１９９０）７２。 ［２］Ｌ．ＧｒｅｓＫｏｖｉｃｈ ａｎｄ Ｊ．Ａ．ｐａｌｍ，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｅｒａｍ．ＳｏＣ，６３［９－１０］（１９８８）５９７。 ［３］李家杰等，’９ ６中国材料研讨会论文集ＩＩ，材料设计与加工，５６０。 ［４］郑昌琼等，’９ ６中国材料研讨会论文集ＩＩ，材料设计与加工，３５９。
采用电雷管引爆６００ｍｍ标准破甲弹。
４．结果与讨论
４．１材料性能 对气氛压力烧结Ｓｉ，Ｎ４材料进行了物理一力学性能测试，并与烧结ＡＩ：０。材料进行了
对比，其性能比较列于表４。
表４ ｓｉ３Ｎ４与Ａ１２０，材料性能表
材料 Ｓｉ３Ｎ４ Ａ１２０３
密度ｇ，ｃｍ３ 硬度｝Ⅱｕ
３．２０
９２．９３
弯曲强度 ＭＰａ
面板装甲，采用厚度约８ｍｍ的烧结氧化铝陶瓷片与铝或玻璃钢背板粘接而成，可防高速弹 丸的侵彻：越南战争和中东战争期间又出现热压氏Ｃ与纤维（Ｋｅｗｌａｒ）复合装甲，它的重 量轻，抗弹能力也优于Ａ１２０，陶瓷。
目前在主战坦克和装甲变形车辆上用做陶瓷复合装甲的夹层材料比较普遍，因为陶瓷 不仅能消耗穿甲弹的动能，使弹丸破碎或产生严重变形，还可借助其高熔点制成各种曲面形 状来分散破甲弹熔融金属射流。目前用作装甲的陶瓷种类通常是Ａ１２０，、ＳｉＣ、１３４ｃ、ＴｉＢ：、 ＡＩＮ、Ｓｉ，Ｎｄ、Ｓｉａｌｏｎ（赛隆）等。
３．试验方法
３．１．１材料制备 采用ｓｉ粉直接氮化法制备ｓｉ，Ｎ。粉末，将制备的粗颗粒ｓｉ３Ｎ。粉，用ＳｈＮ。质磨体和磨
球进行振磨处理，达到亚微米级的ｓｊ，Ｍ粉末。加入适量的镁铝尖晶石和Ｚｒ０２添加剂，通过 湿法混合工艺，进行均匀混合，经干燥处理后进行等静压成型。将成型体装入Ｓｉ，Ｎ。粉末床 的石墨坩埚内，采用气氛压力烧结工艺进行烧结获得样品。ｓｉ，Ｎ。粉的ｘ一射线衍射图，化 学分析结果和颗粒分布测定结果分别示于图ｌ、表２和表３。
抗穿甲和抗破甲试验结果分别列于表５、表６。从表５中可以看出Ａｌ：ｏ，陶瓷和Ｓｉ，Ｍ 陶瓷的抗穿甲弹防护系数基本相仿。从表６中的抗破甲防护系数看，Ｓｉ，Ｎ。陶瓷材料比Ａｌ，Ｏ，材 料大２倍。在基本损伤面积上看，ＳｈＮ。陶瓷抗多发弹的性能要比Ａｌ：０３陶瓷好。其主要原 因是Ｓｉ，Ｎ４陶瓷材料比ＡＩ：Ｏ，陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性Ｋ。。值高，从ｓｉ，Ｎ４断口形貌的 显微照片图２、图３上可以看出，晶粒长约１０ｕｍ左右，而且是穿晶断裂和晶体拔出后留 下的孔洞（其孔洞一般在由５ ｐｍ以下，显露的晶体尺寸也在由５ ｕｍ以下），一般产生这种
自图６可知，ｓｉｃ－加入基体后，ＳＮＴ０１材料的抗弯强度和断裂韧性等物理性能皆有所提 高。当ｓｉｃｗ加入量为ｉｏ一１５ｖｏＩ％以后，断裂韧性和抗弯强度逐步下降，这与ＳｉＣ．的分散性能 下降和架桥团聚作用有较大的关系。从材料的相对密度变化也能看到这一点。图７是加入 １０ｖｏＩ％ＳｉＣ．的ＳＮＴ０１材料断口ＳＢＩ图像。
目前装甲材料主要用于装甲变形车辆、坦克、自行火炮、直升飞机底仓板及士兵防弹 服、头盔等。由于车辆机动性能的要求，装甲材料必须轻量化，因此装甲材料应具备的特性 可概括为：高硬度、高强度、高韧性和低比重。用做防护装甲的材料大体为：金属、陶瓷、 玻璃钢和纤维材料，它们的特性比较如表１。
表１．各种类装甲材料性能比较