魚和熊掌兼得 新材料讓裝甲車高防高機動

近年來，中國維和行動日漸頻繁，承擔大國責任。不過，派遣的維和部隊官兵，自然不是像韓劇那般，而是切實身處錯綜複雜的戰場。就在7月11日，中國駐南蘇丹維和部隊一輛裝甲車被炮彈擊中，導致2名士兵犧牲，5人受傷。

被擊中的裝甲車是國產92B型6×6輪式步兵戰車，此次擊中這輛步兵戰車的可能是一枚60毫米口徑迫擊炮，炮彈從戰車頂部直接擊穿裝甲，並在車內發生爆炸。

只能說，維護士兵的運氣並不好。輪式步兵戰車從設計上，並不是以高防護，而是高機動。不像坦克，步戰車遇上重武器需要藉助戰車的高機動規避。

此外，由於在戰場中，頂部被擊中的概率非常低，所以不管是坦克也好，還是步戰車，頂部是防護能力最薄弱的部分。這種步戰車頂部基本只能防步槍彈，所以車內乘員想全身而退，就很困難了。

話說回來，以前的裝甲車輛，要高防就沒有高機動，要高機動就沒有高防。所以就有突出高機動的輕型坦克和突出高防大火力的重型坦克。不過，在各式各樣的裝甲新材料的努力下，高防高機動也不再是魚和熊掌。

金屬防彈材料可能是裝甲車自誕生起就一直採用的裝甲材料。隨著武器的發展，金屬防彈材料從普通的鋼板發展到高硬度鋼、雙硬度鋼，以及鋁合金、鈦合金，其防護能力不斷提升。

上圖是國外幾種典型高硬度、超高硬度裝甲鋼的性能。

理論上，要想取得更好的防護能力，把鋼板加厚就可以了。但過重的裝甲使其不易操作，靈活性降低，發動機故障率升高。二戰期間出現的重型、超重型坦克，實戰證明機動性太差的怪獸們在戰場上發揮的作用有限。既可以讓裝甲車輛輕起來，又可以「肉」起來，還得靠其他材料幫忙。

除了鋼之外，鋁合金、鈦合金也是很好的裝甲材料。鋁比鋼輕，使用鋁合金裝甲代替鋼裝甲，在不降低抗彈性能的情況下，一般可減重 20% 左右。美國鋁業巨頭美鋁近年來接到美國陸軍巨額訂單，為其提供鋁合金裝甲解決方案。但鋁合金的熔點低，高溫下容易軟化，鋁顆粒會燃燒，碎裂強度也要低於鋼裝甲。

鈦合金密度僅是鋼裝甲的60%，但其強度可與鈞質鋼媲美，韌度也要優於大多數鋁合金裝甲。當然，鈦合金也有自己的煩惱——太貴，難加工。

為了提高防護能力，現在經常不使用均質裝甲（即該裝甲使用同一種材料製作而成），例如鋁鈦多層複合、鋁鋼複合以及陶瓷、複合材料與金屬材料結合等等。

陶瓷具有很高的硬度和抗壓強度，有利於抵擋高速穿甲彈，而且它的密度較鋼小，所以有利於減輕裝甲重量。

但是陶瓷是一種脆性材料，所以它不能作為單獨的裝甲材料，而是與金屬或者纖維一起做成複合裝甲。而且，複合裝甲通常使用模塊化的陶瓷塊，如此某塊陶瓷被擊碎，其他陶瓷仍然有效。

目前，用於防彈的三大陶瓷材料是氧化鋁（Al2O3）、碳 化硅（SiC）和碳化硼（B4C）。它們的優劣勢也非常明顯。

材料優勢劣勢氧化鋁價格低密度大、防護效果最差碳化硼密度最小，防護效果最好價格高碳化硅介於兩者之間介於兩者之間

因成本優勢而廣泛使用的氧化鋁裝甲，目前最有可能取而代之的是碳化硅。而在不太考慮成本，減重優先的領域，碳化硼複合裝甲得以應用。

不過，用於裝甲的陶瓷材料塑性差、斷裂強度低，不能二次仿彈，二次成型加工困難，所以使用局限非常大。因此，當前陶瓷裝甲研究的重點是解決其韌性差及成本高的問題。例如現今出現的陶瓷梯度材料，通過特殊工藝讓陶瓷和金屬的複合物組分、結構能連續地變化， 使其由陶瓷側過渡到金屬側形成一種物性參數也連續變化。陶瓷梯度材料比起陶瓷面板與金屬背板組合的複合裝甲抗彈性要優異得多了。

樹脂基複合材料也是輕量化裝甲材料的良好解決方案。早在二戰，美國就已經成功研製了玻纖/聚酯裝甲材料。目前樹脂基複合材料應用纖維主要是E玻璃纖維、S玻璃纖維及芳綸纖維。

高性能玻璃鋼被看作是第一代複合裝甲材料，早在二戰就開始裝備。它們的抗彈能力可達鋼的數倍。最早前蘇聯研製的T-64主戰坦克車體用的是鋼-玻璃鋼-鋼的複合裝甲，最早使用複合裝甲的裝甲車之一。當然，它們的重量相對來說在纖維裡邊並不佔優。

芳綸纖維，更為人熟知的名字是美國杜邦的品牌——凱夫拉（Kevlar），在減重方面更甚於玻璃纖維。同質量情況下， 芳綸複合材料的抗彈能力是玻纖複合材料的 2～3 倍、 鋼的 5 倍左右。 在防護能力相同的情況下， 用其製成的防彈材料重量至少可減少 1/3 以上。

美國陸軍主戰坦克M1就是用芳綸纖維層壓板與鋼板複合作為裝甲，可防防破甲厚度約 700mm的反坦克導彈， 還能減少因被破甲彈擊中而在駕駛艙內形成的瞬時壓力效應。在不僅如此，裝甲車內的關鍵部位也可以裝備芳綸纖維複合材料，提供後效裝甲防護。

在已開發的高性能纖維中，UHMWPE（超高分子量聚乙烯） 比水的密度還低，是芳綸的 2/3、 鋁的 1/3 和鋼的 1/8。除了輕之外，高強度、 高模量、 低伸長，使得它成為目前公認的防彈性能最好的纖維，不過在應用場景不如芳綸纖維多。

同樣，上面提到的複合材料，也是不能獨立抵抗穿甲彈等反裝甲武器的。所以複合材料是作為複合裝甲中間材料出現。例如最早前蘇聯研製的T-64主戰坦克車體用的是鋼-玻璃鋼-鋼的複合裝甲，最早使用複合裝甲的裝甲車之一。而後的T-80U坦克採用了鋼板與玻璃纖維複合材交替疊加，共5層複合。

除此之外，裝甲車輛還發展了隱身材料、反應裝甲、智能裝甲體系來提高戰場生存能力。

以後，裝甲材料應該仍然會朝著更輕防護性能更好的方向發展。

參考文獻

劉薇, 楊軍. 裝甲防護材料的研究現狀及發展趨勢[J]. 熱加工工藝, 2011, 40(2):108-111.

曹賀全, 張廣明, 孫素傑,等. 裝甲車輛防護技術研究現狀與發展[J]. 兵工學報, 2012, 33(12):1549-1554.

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