特种陶瓷显神威——ESAPI防弹插板怎样防弹?
作者：贵他V2 来源: 百度贴吧 2015-11-16 20:35:17 阅读：次
前言：防弹衣和枪的关系就像矛和盾一样永远纠缠不清，而关于现在的防弹衣有太多的误解与曲解，今天就来探讨一下防弹衣的配件“插板”。对于陶瓷装甲的应用最早可以追溯到一战结束
美军的ESAPI并没有采用管用且“经济实惠”的碳化硅陶瓷，而是使用了价格更昂贵的碳化硼陶瓷，而在背板上美军使用了UHMW-PE，同样当时这种材料的价格也高的惊人，早期的UHMW-PE价格甚至超过了碳化硼陶瓷。
注:【因为批次和工艺的不同美军也可能会使用kevlar作为背靶】
相对于金属防弹板，复合/陶瓷防弹板有着不可逾越的优势！
首先金属装甲是通过弹丸撞击匀质金属装甲，在极限贯穿速度附近，靶板的破坏模式主要为压缩开坑和剪切冲塞，消耗动能主要靠塑性形变和冲塞造成的剪切功。
而陶瓷复合装甲对动能的消耗利用率要明显高于匀质金属装甲。
2:在碰撞区陶瓷表面出裂纹，并从撞击区向外延伸。
3:这个力场随着碰击区压缩波阵面前进，深入到陶瓷内部，使陶瓷发生破碎，产生的粉末从弹丸周围的碰击区飞散出去。
4:在陶瓷背面产生裂纹，除了某些径向裂纹外，裂纹分布成锥形，破坏将在锥内发生。
5:锥内陶瓷在复杂应力条件下破坏成碎块，当弹丸冲击陶瓷表面时，大部分动能都被消耗在破坏锥的圆底面积上 ，其直径取决于弹丸和陶瓷材料的机械性能和几何尺寸。
以上只是陶瓷装甲在低速/中速弹丸时的响应特征。即弹丸速度≤V50时的响应特征。当弹丸速度高于V50时弹丸和陶瓷会互相侵蚀会产生一个mescall粉碎区，此时装甲和弹体都成流体形式出现。
动态物理反应模型与弹丸速度＞V50时的动态平衡方程模型
而背板收到的冲击是非常复杂的，这个过程性质上是三维的，存在着单层面和越过这些相邻纤维层的互相作用。
简单的说，应力波从织物波传到树脂基体，然后再传到相邻层，应变波反应到纤维的交叉点，会引起冲击能量的分散，波再树脂基体中的传播，织物层的分离和织物层的偏移增加了复合材料吸收动能的能力。裂纹的行程和扩展以及各个织物层的分离引起的偏移会吸收大量的冲击能量。
对于复合陶瓷装甲，抗侵彻模拟实验，一般在实验室内采用仿真模拟实验，即使用气体炮来进行侵彻实验。
而国内与国外在陶瓷装甲上肯定是存在代差的，毕竟国外这方面起步较早，拥有大量论证和实验基础，而国内于90年代才开始起步这方面的研究，相对来说缺乏一些关键的实验论证。
而目前国内陶瓷插板的价格也越来越便宜，很多人就觉得我们肯定比老美牛逼了，你看看老美ESAPI那做工。其实这样说也没错，但是国内的一直在现有的早期结构陶瓷上发展，做工不好一点，价格不低一点。你拿什么和人家各种黑科技比。
为何近几年国内的防弹插板价格越来越低呢？这个主要有两大因素：
①国内出于工程需要对结构陶瓷的需求量很大，于是结构陶瓷的价格被压的非常低【成本分摊】
②国内大多数防弹衣/插板的制造商只起到一个加工的角色，大多数厂商的结构陶瓷才用外包政策，即第三方提供防弹陶瓷。于是厂家承担的风险，包括早期成本都被降的很低，直观点说插板用的片装氧化铝陶瓷在淘宝上最低只要1块钱一块，以至于防弹插板的加工门槛变得非常低。w
参考文献：
前言
防弹衣和枪的关系就像矛和盾一样永远纠缠不清，而关于现在的防弹衣有太多的误解与曲解，今天就来探讨一下防弹衣的配件“插板”。对于陶瓷装甲的应用最早可以追溯到一战结束后的1918年，当时内韦尔·门罗·霍普金斯上校通过实验发现，在钢质装甲表面涂上一层陶瓷釉能够大大增强其防护性能。尽管陶瓷材料的特性被发现很早，但是其真正被应用于军事用途的时间却不长。最早广泛使用陶瓷装甲的国家是前苏联，而美军也曾在越战中大量使用，但因为早期成本和技术问题近几年陶瓷装甲才作为单兵防护装备出现。其实英国佬1980年就防弹衣上使用了氧化铝陶瓷，美军也在90年代量产了第一种真正意义上的“插板”SAPI当时来说可以说是一种革命性的防护装备其NIJⅢ级的防护标准，可以拦截绝大多数能威胁步兵的子弹，而美军仍不满足于此，于是ESAPI诞生了。ESAPI
当时ESAPI的防护效果用黑科技来形容绝对不过分，NIJⅣ级的防护标准让它出尽了风头，也挽救了无数士兵的生命。至于这东西是如何做到这种效果的可能很多人都没有去关注。要了解ESAPI的防护原理，我们先得了解他的结构，大多数复合陶瓷装甲的结构都是结构陶瓷靶面+金属/非金属背靶，而美军的ESAPI同样采用了这种结构。美军的ESAPI并没有采用管用且“经济实惠”的碳化硅陶瓷，而是使用了价格更昂贵的碳化硼陶瓷，而在背板上美军使用了UHMW-PE，同样当时这种材料的价格也高的惊人，早期的UHMW-PE价格甚至超过了碳化硼陶瓷。注:【因为批次和工艺的不同美军也可能会使用kevlar作为背靶】
防弹陶瓷的种类：
防弹陶瓷又称结构陶瓷，其拥有高硬度，高模量的特性，通常用于金属磨蚀，比如研磨陶瓷球，陶瓷铣销刀头.......一类的工程用途而在复合装甲中陶瓷往往起到“破坏弹头”的作用其种类繁多在防弹衣上最常使用的就是氧化铝陶瓷（AI²O³），碳化硅陶瓷（SiC），碳化硼陶瓷（B4C）。其各自特点为:氧化铝陶瓷密度最高，但硬度相对较低，加工门槛较低，价格较为便宜。业内更具不同的纯度分为-85/90/95/99氧化铝陶瓷，其标号越高说明纯度越高，硬度和价格也越高碳化硅密度适中，同样硬度也相对适中，属于性价比比较高的结构陶瓷，所以大多数国产防弹衣插板都会使用碳化硅陶瓷。碳化硼陶瓷在这几种陶瓷中密度最低，强度最高，同时其对加工工艺的要求也很高，需要高温高压烧结，所以其价格也是几种陶瓷里最贵的。以NIJⅢ级板为例，虽然重量上氧化铝陶瓷插板比碳化硅陶瓷插板多200g~300g,比碳化硼陶瓷插板多400g~500g。但价格确实碳化硅陶瓷插板的1/2和碳化硼陶瓷插板的1/6，所以目前氧化铝陶瓷插板的性价比最高，属于市场主导产品相对于金属防弹板，复合/陶瓷防弹板有着不可逾越的优势！
首先金属装甲是通过弹丸撞击匀质金属装甲，在极限贯穿速度附近，靶板的破坏模式主要为压缩开坑和剪切冲塞，消耗动能主要靠塑性形变和冲塞造成的剪切功。而陶瓷复合装甲对动能的消耗利用率要明显高于匀质金属装甲。陶瓷靶面的反应分为五个过程
1:弹顶破碎成小块，弹头的破碎使得弹靶作用面积增加，从而分散了作用于陶瓷板上的负荷。2:在碰撞区陶瓷表面出裂纹，并从撞击区向外延伸。
3:这个力场随着碰击区压缩波阵面前进，深入到陶瓷内部，使陶瓷发生破碎，产生的粉末从弹丸周围的碰击区飞散出去。
4:在陶瓷背面产生裂纹，除了某些径向裂纹外，裂纹分布成锥形，破坏将在锥内发生。
5:锥内陶瓷在复杂应力条件下破坏成碎块，当弹丸冲击陶瓷表面时，大部分动能都被消耗在破坏锥的圆底面积上 ，其直径取决于弹丸和陶瓷材料的机械性能和几何尺寸。
以上只是陶瓷装甲在低速/中速弹丸时的响应特征。即弹丸速度≤V50时的响应特征。当弹丸速度高于V50时弹丸和陶瓷会互相侵蚀会产生一个mescall粉碎区，此时装甲和弹体都成流体形式出现。
动态物理反应模型与弹丸速度＞V50时的动态平衡方程模型而背板收到的冲击是非常复杂的，这个过程性质上是三维的，存在着单层面和越过这些相邻纤维层的互相作用。简单的说，应力波从织物波传到树脂基体，然后再传到相邻层，应变波反应到纤维的交叉点，会引起冲击能量的分散，波再树脂基体中的传播，织物层的分离和织物层的偏移增加了复合材料吸收动能的能力。裂纹的行程和扩展以及各个织物层的分离引起的偏移会吸收大量的冲击能量。
对于复合陶瓷装甲，抗侵彻模拟实验，一般在实验室内采用仿真模拟实验，即使用气体炮来进行侵彻实验。
最后
结尾就说说老美和我国陶瓷插板的现状吧。从ESAPI上就可以看出来，老美这方面不缺钱。而国内与国外在陶瓷装甲上肯定是存在代差的，毕竟国外这方面起步较早，拥有大量论证和实验基础，而国内于90年代才开始起步这方面的研究，相对来说缺乏一些关键的实验论证。
而目前国内陶瓷插板的价格也越来越便宜，很多人就觉得我们肯定比老美牛逼了，你看看老美ESAPI那做工。其实这样说也没错，但是国内的一直在现有的早期结构陶瓷上发展，做工不好一点，价格不低一点。你拿什么和人家各种黑科技比。
为何近几年国内的防弹插板价格越来越低呢？这个主要有两大因素：
①国内出于工程需要对结构陶瓷的需求量很大，于是结构陶瓷的价格被压的非常低【成本分摊】
②国内大多数防弹衣/插板的制造商只起到一个加工的角色，大多数厂商的结构陶瓷才用外包政策，即第三方提供防弹陶瓷。于是厂家承担的风险，包括早期成本都被降的很低，直观点说插板用的片装氧化铝陶瓷在淘宝上最低只要1块钱一块，以至于防弹插板的加工门槛变得非常低。w
参考文献：
-《陶瓷/复合材料装甲防弹板机理分析》杨威（中国海鹰机电技术研究院）
-《防弹陶瓷插板的应用性能研究》刘胜/吕攀珂/张燕（航天实验技术研究所）（北京雷特新技术有限公司）
-《装甲陶瓷的发展和趋势》胡玉龙/蒋凡（合肥炮兵学院）
-《陶瓷复合装甲抗侵彻机理与性能了理论与实验研究》罗韶华《机械与运载工程学院》
-《Modeling Prestressed Ceramic and Its Effect on Ballistic Performance》Timothy J.Holmquist/Gordon R.Jonnson
-《International Journal of lmpact Engineering》
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