陶瓷的膨化性

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前言:坦克首先重要的是装甲,对坦克兵来说没什么比厚重的装甲更为重要了,保住命才能继续战斗,但坦克装甲技术是只有少数几个国家拥有的技术,属于顶尖国防技术之一


一:中国坦克装甲技术

1958年,包头第一机械制造厂开始试制T-54坦克,这时的59式坦克基本是个组装货,多数部件都是苏联运来的,之后中苏关系破裂,中国几乎所有国防工业都陷于瘫痪,59式坦克也因缺乏苏联74n.75n型高镍合金装甲钢而中断生产,第一机械制造厂誓言一定要搞出装甲钢,但苏联装甲钢含3.8%的镍和1.9%的铬,当时无法生产,镍又是国家严格控制出口的重要战略物资,鞍钢用稀土研制出601型无镍铬装甲钢和603型稀土装甲钢,硬度分别达到HB290和HB305,中国人第一代装甲钢完全达到了苏制装甲的性能,

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国防工业随后又研制出更好的623装甲钢,随后陷入了停顿状态,623装甲钢40多年里一直用于59式坦克的生产,但是随着时代的进步逐渐落后,1974年,617厂等20多家企业和科研单位在珍宝岛俘获的苏制T-62坦克基础上研制了69式中型坦克,虽然火力、火控以及机动性有了较大突破,但装甲还是59式坦克的老样子,而这时苏联研制了T-64,T-72坦克,西方也搞出了豹1、M60、AMX3坦克,开始使用多硬度混合装甲和陶瓷复合装甲,而中国还在59式坦克的火力和防护能力原地踏步,面对中苏边境上强大的苏联坦克突击力量,解放军大力发展反坦克火力,可部队配备的90%是射程近的破甲弹,穿甲弹只有足5%,提高穿甲弹火力的形势极其严峻,五机部要求研制在1500m距离击穿T-72坦克车首装甲的新火炮,


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但中国70年代中期根本不知道T-72坦克用什么装甲,为了摸清情况,五机部武器材料的综合性研究所和国防非金属材料开发与应用研究所烟台分所花了一年多才摸清了T-72坦克装甲的成分,制造出使用20mm和80mm603装甲钢板中间粘合树脂和酚醛玻璃纤维纺织物成为厚534mm的靶板,模拟T-72坦克倾斜角度放置预计防护能力为320mm,使用各种反坦克武器实弹试验后发现玻璃纤维材料高速流动造成剧烈变形而切断破甲弹射流,但对穿甲弹防护能力较差,于是又开发同样用20mm和80mm603装甲钢夹含铬的两层136mm氧化铝陶瓷复合物靶板,用脱壳穿甲弹试验后发现弹芯在穿透陶瓷夹层时碎裂未能穿透,不过重量和厚度大,最终用20mm和80mm603装甲钢夹两层36mm酚醛玻璃纤维和68mm铬刚玉的靶板,命名为“681复合靶板”,调整夹层布置又研制出682,682-2等多种靶板,为后来的坦克复合装甲打下了基础。其中“可调式夹层"的概念成为后来所有中国坦克的装甲模式。

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1981年使用全新的动力和传动系统,安装了引进的英国L7型105mm线膛坦克炮的二代80式主战坦克研制出样车,可装甲还是603/623装甲钢,80式主战坦克防护能力炮塔正面装甲厚度230mm,防护水平和69式坦克一样,于是把681/682复合靶板改成683型复合装甲用螺栓固定在80式坦克试验车上,生产型80式坦克这块复合装甲板装进了车首装甲里面,683复合装甲外层为603装甲钢,第一层夹层采用铬刚玉陶瓷,第二夹层为酚醛玻璃纤维织物,铬刚玉制备非常困难,难以加工,第一层作为阻挡层通过碰撞来使穿甲弹碎裂,第二层材料为缓冲和干扰射流层,底层还是603装甲钢,这些80式坦克对穿甲弹防护在350mm,对破甲弹防护接近500mm,1987年把半球型铸造炮塔改成焊接炮塔,80式坦克就变成了85式主战坦克,全车重量增加到40吨,在此基础上又开发了一系列85式主战坦克,

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在这一时期中国先后成立了几十个研究组对装甲结构和材料进行大量基础研究,先后试验了几百种材料,先后研发了强化玻璃陶瓷,氧化铝陶瓷,石英玻璃纤维,高强度复合纤维等诸多新材料。根据巴基斯坦军方的要求,传统的683平板混合夹层结构已经落后,设计人员使用了AD85瓷改进纤维/陶瓷结构新研制的851IM坦克炮塔正面总厚度达到了450mm,由交叉条状金属块和橡胶组成,穿甲弹射入时缓冲材料塌陷,不同角度的条状金属产生剧烈的运动,产生不同方向的力干扰弹芯,使弹芯在陶瓷夹层撞击破碎,

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这种炮塔主装甲通过螺栓固定,可以整体吊装更换,比如在设计阶段,同样采用模块化主装甲的法国勒克莱尔坦克领先一大步,不过受总重限制,851IM坦克防护能力只是中等水平,车首防护仅为350mm,炮塔正面防护力为400mm,设计人员又外挂了10mm装甲钢+15mm片状陶瓷+环氧树脂制成的装甲块,用6个巨大螺栓固定在炮塔上,增重了3-3.5吨,结果在巴基斯坦试验时发现机油箱设计不合理,产生蒸汽导致发动机爆缸,火控系统经常死机,变速箱经常只有一个档能用,陶瓷复合装甲块根本没挡住T-80UD坦克的射击,最后851II完败给了T80UD坦克。

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这让中国认识到新型尾翼稳定脱壳穿甲弹的出现让40吨的坦克设计思路已经行不通了,研制第三代主战坦克时就提出要能够抵御苏制以及西方新型尾翼稳定脱壳穿甲弹的攻击,设计要求在穿甲弹500-550mm和破甲弹700mm,研制过程中认为原先的平板夹层结构必须改变,由此决定研制一种全新结构复合装甲,最后研制了波浪状夹层紧约束型陶瓷结构复合装甲,主要材料是密度为3.583吨/立方米的AD95陶瓷,表层装甲钢为1990年研制成功的617装甲钢,

这种复合装甲的工艺很复杂,首先用装甲钢制成蜂窝结构,再将AD95陶瓷嵌入蜂窝巢中,然后按照波浪形构造放置在夹层中,再用酚醛玻璃纤维织物进行浇注固定,看起来像百叶窗,当金属射流侵入时AD95陶瓷发生碎裂但是在约束下不飞散,在正面消耗射流能量,破碎的陶瓷向射流聚拢阻断射流,防护效果提高近30%,穿甲弹侵彻时与陶瓷碰撞也会变钝或破碎,全新设计的坦克主装甲防护力基本达到要求,最新改进型的96型坦克主装甲提升到700mm(穿甲弹)和800mm(破甲弹),

二:美国和苏俄的装甲技术

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美国坦克一向装甲不厚,1959年开发的M60坦克采用的是4340钢,但面对苏联T54/55坦克毫无信心,美国人于是和二战坦克设计技术大国德国共同研制极MBT70坦克,MBT70坦克,因“好高骛远”结束后又开始M1主战坦克选型,德国送了4辆豹IIAV到美国测试,但是美国已经从英国买到了“乔巴姆"装甲,并用于自己研制的M1主战坦克样车,自然瞧不上豹2坦克那种间隙钢装甲,事实上豹2坦克在东欧剧变后曾被用从苏军仓库中偷到的T72B和T80进行过实弹射击测试,豹2A3坦克装甲在T72B型坦克炮前就像奶油一样,而美军要求M1主战坦克可以抵御800米的115毫米苏制尾翼稳定脱壳穿甲弹,美国人在M1主战坦克使用了“美国版”乔巴姆复合装甲,但是采取的“非约束”结构和乔巴姆,外壳是4340钢,氧化铝陶瓷片层叠在撑架上,由25毫米的4340钢封闭,最后是一层软质合金,

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M1主战坦克主装甲防护力达350毫米(穿甲弹)和750毫米(破甲弹),但是这装甲非常重,厚度也大,不得不配一个尾舱平衡,1984年将氧化铝陶瓷更换为膨化钛陶瓷,厚度增加25毫米,防护能力提高到400毫米(穿甲弹)和850毫米(破甲弹),1985年,美国科学实验室对大量材料进行试验后,分析认为贫铀材料密度是钢的2.5倍,制成贫铀合金硬度达到钢的2.5倍。与陶瓷材料相比更利于加工,经过三年的科研,研制出密度高达18.5吨/平方米的贫铀装甲,由于贫铀合金巨大的重量和昂贵的造价,一辆M1A2坦克只有两三吨是贫铀合金,用于陶瓷装甲夹层中的骨架,似于钢筋混凝土中的钢筋一样做,添加了贫铀合金后的MIAIHA坦克重达60吨,防护能力提高到700毫米(穿甲弹)和1100毫米(破甲弹),M1主战坦克被美国吹得神乎其神,但在伊拉克战争中损失不少。

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苏联的装甲研究是高于西方的,在处理陶瓷侵彻论上苏联比西方领先近十年,苏联研究的陶瓷有氧化铝陶瓷,石英砂,二氧化硅玻璃,复相陶瓷等等。由于苏联参与装甲研制的单位多,新的装甲也层出不穷,80年代苏联认为脱壳穿甲弹才是坦克的首要威胁,T64坦克使用在基层排列氧化铝陶瓷球并使用橡胶填充间隙的复合装甲装,早期的T80坦克的复合装甲和T64坦克没有太大区别,但层数更多更厚,

不过早期T80坦克的GTD-1000燃气轮机可靠性极差,80年代的T80B坦克解决早期多数问题,主装甲被更换为八层不同硬度的钢板+特种橡胶构成的车体主装甲,炮塔装甲安装的是新研制的70mm六边形柱状陶瓷,交替排列在合金架子上,前面铺设50mm高氧化硅玻璃纤维,再用30mm钢板和20mm钢板前后封装,炮塔共有三层这种模块,厚度达到600毫米,加装了KI反应装甲后防护能力提高到550毫米(穿甲弹)和800毫米(破甲弹),基本上能够防御西方120毫米坦克炮的尾翼稳定脱壳穿甲弹。

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但是苏军仍不满足,坦克科研部门继续开发新的装甲,T80BV坦克改进为柴油机版的T80y坦克,拥有全新的动力系统、火控系统、弹药以及全新设计的装甲,炮塔是莫罗佐夫设计局的加强型T-64B2的炮塔,采用第二代球状碳化硅陶瓷,按照蜂窝状排列模具中,用橡胶填充之间的间隙,再放入炮塔凹槽中,再填充高氧化硅玻璃纤维密封,这种装甲造价高昂,使T80y坦克同样造价高昂,但使T80y坦克成为当时正面防护最好的坦克,加装了新型K5爆炸反应装甲后防护能力提高到650mm(穿甲弹)和850mm(破甲弹),而T72坦克正面主装甲仅安装了廉价的高氧化硅玻璃纤维,西方105mm坦克炮可以正面击穿,苏联改进方法就是正面附加了一层25mm的装甲,使使用造价高的球状碳化硅陶瓷被驳回,设计团队只好先对T72坦克车体进行改造,由533mm装甲钢+高氧化硅玻璃纤维改为600mm8层不同硬度的钢板和特种橡胶,

炮塔正面装甲厚度提高到了700mm,主体由几个膨胀反应层组成,每个由15mm的高硬度钢板加一块10mm厚的橡胶再一块8mm合金金属片组成。再以55度倾角放入炮塔夹层,当穿甲弹射入时在金属板块之间扭转而降低侵彻冲击力,当射流穿透时通过橡胶板使金属片会弯曲变形切割射流,最终破坏射流,T72B坦克膨胀反应层较厚,对穿甲弹效果良好,对于破甲弹则不足,所以披挂了爆炸反应装甲以增强对破甲弹的防护。使用这种装甲的T72B坦克防护能力提高到550mm(穿甲弹)和650mm(破甲弹),T72B坦克的最新改型是整合T72坦克和T80y坦克优点的T90坦克。

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T90坦克样车被叫做T72BU,但是海湾战争中T72坦克“臭名远扬”,为了不沾了T72坦克的臭名,不得已改名为T90坦克,早期T90坦克采用第二代陶瓷复合装甲的铸造炮塔,没有投入生产。后期的T90A开始采用焊接炮塔和第三代蜂窝陶瓷装甲,这是一种全新概念装甲,是装甲力学的的巅峰之作,由多层合金框架内分布有大量蜂窝状金属套,金属套内用耐火橡胶封闭一串串放置碗状金属体,当穿甲弹射入时会产生冲击波把碗状金属冲压变形,速度上与穿甲弹产生极大地速差而沿穿甲弹方向猛烈挤压反侵彻,防护能力提高到700mm(穿甲弹)和900mm(破甲弹),车重也比T72坦克增加8吨,

三:结语

坦克装甲是陆军强国的标志性技术,从一块锅炉钢到先进的复合材料,坦克装甲已经发展了100年,由于新中国工业基础薄弱,所使用的坦克装甲比世界其他国家的发展水平落后了近30年,这种状况一直持续到了八十年代,随着军工企图的奋起中国人在坦克装甲的造诣会随着时间的推移越来越深厚,现在,99G坦克拥有和M1A2坦克相当的防御能力,当然,坦克在现代战场已经很少用了,但坦克装甲技术还是可以继续发展,应用到其他领域之中。


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