戰(zhàn)場上一顆小小的子彈，能給士兵帶來致命傷害，易碎的陶瓷卻能擋住高速飛行的子彈。它的“功力”從何而來？下面，讓我們一起走進防彈陶瓷的世界一探究竟。
裝甲防護的基本原理是消耗射彈能量、使射彈減速并達到無害。絕大部分傳統(tǒng)的工程材料，如金屬材料通過結構發(fā)生塑性變形來吸收能量，而陶瓷材料則是通過微破碎過程吸收能量。防彈陶瓷的吸能過程大致可分為3個階段：
壹
初始撞擊階段：
彈丸撞擊陶瓷表面，使彈頭變鈍，在陶瓷表面粉碎形成細小且堅硬的碎塊區(qū)的過程中吸收能量；
貳
侵蝕階段：
變鈍的彈丸繼續(xù)侵蝕碎塊區(qū)，形成連續(xù)的陶瓷碎片層；
變形、裂縫和斷裂階段：
叁
最后陶瓷中產生張應力使陶瓷碎裂，隨后背板變形，剩余的能量全部由背板材料的變形所吸收。彈丸撞擊陶瓷的過程中，彈丸和陶瓷均受到破壞。
防彈陶瓷對材料性能有哪些要求
因為陶瓷本身的脆性，其受到彈丸沖擊時發(fā)生斷裂而不是塑性變形。在拉伸載荷作用下，斷裂首先發(fā)生在非均質處如孔隙和晶界上。因此，為使微觀應力集中降低到最小程度，裝甲陶瓷應當是孔隙率低（達理論密度值的99%）和細晶粒結構的高質量陶瓷。
防彈陶瓷材料眾多，這幾種最常用，包括氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅等，其中以氧化鋁陶瓷(Al2O3)、碳化硅陶瓷(SiC)、碳化硼陶瓷(B4C)應用最廣。
氧化鋁防彈陶瓷
氧化鋁陶瓷密度最高，但硬度相對較低，加工門檻較低，價格較低，依據純度分為85／90／95／99氧化鋁陶瓷，相應的硬度和價格也依次增高。
碳化硅防彈陶瓷
碳化硅共價鍵極強，在高溫下仍具有高強度的鍵合，這種結構特點賦予了碳化硅陶瓷優(yōu)異的強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、高熱導率、良好的抗熱震性等性能；同時碳化硅陶瓷價格適中，性價比高，是目前國內應用最廣的防彈陶瓷，也是最有發(fā)展?jié)摿Φ母咝阅苎b甲防護材料之一。
SiC陶瓷在裝甲防護領域具有廣闊的發(fā)展空間，在單兵裝備和特種車輛等領域的應用趨于多元化。作為防護裝甲材料時，考慮到成本及特殊應用場合等因素，通常將小塊排布的陶瓷面板與復合材料背板黏結成陶瓷復合靶板，以克服陶瓷由于拉應力引起的失效，并確保彈丸侵徹時只粉碎單塊而不破壞裝甲整體.
碳化硼防彈陶瓷
碳化硼是目前已知材料中硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的超硬材料，在這幾種陶瓷中硬度最高，密度最低，僅為2.52g/cm3，是鋼鐵的1/3；彈性模量高，熱膨脹系數低，導熱率較高。此外，碳化硼具有很好的化學穩(wěn)定性，耐酸耐堿腐蝕，在常溫下不與酸堿及大多數無機化合物液體反應；且與大多數熔融金屬不潤濕、不發(fā)生作用。碳化硼還具有很好吸收中子能力，這是其它陶瓷材料不具備的。
B4C的密度在幾種常用裝甲陶瓷中最低，加上彈性模量較高，使其成為軍事裝甲和空間領域材料方面的良好選擇。但同時其對加工工藝的要求也很高，需要高溫高壓燒結，因而成本也是這3種陶瓷中最高的（是氧化鋁的10倍左右），限制了其作為單相防護裝甲的廣泛應用。
比較這三種較為常見的防彈陶瓷材料，氧化鋁防彈陶瓷的成本最低但防彈性能遠不如碳化硅與碳化硼，因此碳化硅、碳化硼成為最受歡迎的兩種防彈陶瓷材料，目前在國內防彈陶瓷的生產單位中居多，而氧化鋁陶瓷則很少見。
透明陶瓷
透明陶瓷。以單晶氧化鋁（藍寶石）、氮氧化鋁和鎂鋁尖晶石為代表的透明陶瓷，因為具有很高的強度和硬度，同時兼具良好的光學性能，所以能替代防彈玻璃，在單兵防彈面罩、導彈探測窗口、車輛觀察窗、潛艇潛望鏡等軍事裝備上加以應用。由于能低成本制造大尺寸、復雜形狀透明部件，這樣的陶瓷，已被不少軍事強國列為21世紀重點發(fā)展的光功能透明材料之一。
防彈陶瓷的制備方法
從陶瓷材料制備工藝的特點可以看出，目前工藝發(fā)展較為成熟的是反應燒結、無壓燒結和液相燒結，這3種燒結方式的生產成本較低，制備工藝較簡單，實現大批量生產的可能性較高。熱壓燒結和熱等靜壓燒結相對來說會受到產品尺寸的限制，生產成本較高，成熟性較低。超高壓燒結、微波燒結、放電等離子燒結和等離子束熔融法綜合來說成熟性最低，是較為新穎的制備手段，但對于技術和設備的要求較高，需要投入的生產費用高，實現批量化的可行性較低，常用于實驗探索階段，對實際應用意義不大，較難實現產業(yè)化。
防彈陶瓷的升級
盡管碳化硅與碳化硼的防彈潛力非常大，但單相陶瓷斷裂韌性、脆性差的問題卻不容忽視。而現代科技的發(fā)展對防彈陶瓷的功能性與經濟性提出了要求：多功能、高性能、輕質、低成本和安全性。因此，專家學者們近年來希望通過微觀調節(jié)包括多元陶瓷體系復合、功能梯度陶瓷、層狀結構設計等來實現陶瓷的強韌化、輕量化和經濟化，并且這樣的護甲相對于如今的裝甲重量輕，更好地提高了作戰(zhàn)單位的機動性能。
功能梯度陶瓷即通過微觀設計組分材料性能呈規(guī)律性變化。比如硼化鈦與金屬鈦以及氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硅與金屬鋁等金屬/陶瓷復合體系，性能沿厚度位置呈梯度變化，即制備出從高硬度過渡到高韌性防彈陶瓷。
納米復相陶瓷是將亞微米級或納米級分散粒子添加到基體陶瓷中構成的復相陶瓷。如SiC—Si3N4一Al2O3、B4C—SiC等，對陶瓷的硬度、韌性和強度有一定的提高。據報道，西方國家正在研究將納米級粉體燒結制備出晶粒尺寸幾十納米的陶瓷，實現材料強韌化，防彈陶瓷有望在這方面實現大的突破。
總結
不管是單相陶瓷還是復相陶瓷，最優(yōu)良的防彈陶瓷材料還是離不開碳化硅、碳化硼這兩種材料。尤其是碳化硼材料，隨著燒結技術的發(fā)展，碳化硼陶瓷的優(yōu)異性越來越突出，在防彈領域的應用會被進一步開發(fā)。
