防弹装甲领域新星——碳化硼陶瓷

碳化硼陶瓷是最坚硬的陶瓷材料之一，仅次于金刚石和立方氮化硼。由于其密度低（约 2520 kg/m³），它已成为防弹衣系统的首选材料。

以下是三种典型防弹陶瓷的性能对比：

我们发现碳化硅和碳化硼陶瓷都具有密度小的特点，常见的氧化铝陶瓷的密度约为3.5g/cm^-3，而碳化硅和碳化硼的密度分别只有3.2g/cm^-3和2.5g/cm^-3。可见在机动装甲轻量化趋势下，碳化硅和碳化硼材料具有先天的优势。

从弹性模量来看，氧化铝陶瓷的弹性模量在350GPa左右，而碳化硅和碳化硼材料的弹性模量在400GPa左右，可见三种主要的装甲陶瓷材料均具有高弹性模量的特点。

从硬度来看，碳化硼>碳化硅>氧化铝。值得一提的是，碳化钨是生产硬质合金的关键材料，与碳化硅相比，碳化硅的硬度是碳化钨的两倍，密度是碳化钨的1/5，在1400℃下强度依然保持良好。

从耐磨性来看，碳化硼>碳化硅>氧化铝。中南大学粉末冶金研究所测定的数据显示，氧化铝陶瓷的耐磨性相当于锰钢的266倍、高铬铸铁的171.5倍，可见陶瓷材料的高硬度和高耐磨性远高于耐磨钢和不锈钢。

在其他性能方面，碳化硼陶瓷在高温热稳定性方面独树一帜，与氧化铝相比，其热膨胀系数不到1/2，在500℃时，其热导率高出一个数量级，抗热震性高出近20倍。但它们的共同问题是断裂韧性低、脆性大。因此，防弹陶瓷的强韧化一直是热门的研究方向。强化手段主要有多元陶瓷体系复合、功能梯度陶瓷、层状结构设计等，其断裂韧性差，拉伸强度低，易发生脆性断裂。陶瓷复合靶板必须由陶瓷面板和复合材料背板粘接而成，以克服陶瓷因拉应力而失效的问题。这种复合靶板通常由小块陶瓷面板和复合材料背板粘接而成，这样也可以避免整块陶瓷面板破碎，当弹丸侵入时，只会击碎单块装甲。

此外，目前碳化硅、碳化硼材料的价格还比较高，碳化硼的价格甚至达到每公斤700-800元，是氧化铝材料的近10倍。但随着轻量化、高效装甲系统的发展，防弹陶瓷的优越性更加凸显。作为防弹装甲材料的双子星，碳化硅和碳化硼材料，相信还有很大的进步空间。