【科普贴】防弹板究竟是如何防弹的
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。
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。
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，而在背靶上美军使用了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】
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。
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。
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。
首先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。
首先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。
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。
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。
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。
而为何近几年国内的防弹插板价格越来越低呢?这个主要取决于两点。
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。
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。
而为何近几年国内的防弹插板价格越来越低呢?这个主要取决于两点。
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。
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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未经允许，请勿转载
-《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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其实就是另一个被注册商标了的高分子聚合物，迪尼玛这种东西和UHMW-PE一样属于模量比较高的纤维材料，这种东西做人体装甲【插板】没问题，优势也比较明显，但是如果面对高速弹丸或者金属射流就会显得力不从心了。所以陶瓷复合装甲的优势依旧明显，也不存在谁比谁强这一说
1，陶瓷复合装甲，从出现到现在基本结构【陶瓷靶面+聚合物/金属靶背】就没有变过，你与其说你那没有量产的“陶瓷插板冬天的防弹衣”对后续设计产生影响，不如看看“乔巴姆装甲”
2，越战是美军确实大量使用了陶瓷复合装甲，但是请注意当时的背靶材料只有尼龙66与玻璃纤维板，撇开尼龙66不说,越战时期最常见的背靶材料就是玻璃纤维板，但是当时这两种材料的模量和强度和现在的比可以说是低的可怜，先不说体积问题和重量问题，以当时结构陶瓷的价格用来做附加装甲板尚可，用来做防弹板是不是有点得不偿失了?
3，顺便求求你那个防弹衣的资料，就算SAPI不是第一种“防弹插板”你争这个有何意义?处女座?
2，越战是美军确实大量使用了陶瓷复合装甲，但是请注意当时的背靶材料只有尼龙66与玻璃纤维板，撇开尼龙66不说,越战时期最常见的背靶材料就是玻璃纤维板，但是当时这两种材料的模量和强度和现在的比可以说是低的可怜，先不说体积问题和重量问题，以当时结构陶瓷的价格用来做附加装甲板尚可，用来做防弹板是不是有点得不偿失了?
3，顺便求求你那个防弹衣的资料，就算SAPI不是第一种“防弹插板”你争这个有何意义?处女座?
想引战还是咋的?我这帖子说的是什么你搞清楚没?如果你觉得哪里有问题可以尽管反驳啊?我好像不止一次问你要那东西的资料了吧，再说你纠结个前言就叫指出错误了?行，算你指出错误了，你倒是发资料啊，一个劲的纠结这玩意你是处女座吗?
楼上这位是被软文忽悠瘸了么？
什么叫？UHMWPE传统称法是humwipe 或humpee，两大商用主流无非是DSM的Dyneema和Honeywell的Spectra,DKX
超高分子量聚乙烯的号牌名除了UHMW pe你后面两个是什么鬼？
顺便迪尼玛什么的只是这玩意的商品名，也不止荷兰人和美国人制造这东西就目前我知道有上市产品的什么日本东丽，韩国大韩石化，在国内中纺工业当年可是把UHMW pe的技术公开了，国内基本上只要涉及防弹材料的基本上都有能力自给自足了好咩各种迪尼玛神教也是醉了
什么叫？UHMWPE传统称法是humwipe 或humpee，两大商用主流无非是DSM的Dyneema和Honeywell的Spectra,DKX
超高分子量聚乙烯的号牌名除了UHMW pe你后面两个是什么鬼？
顺便迪尼玛什么的只是这玩意的商品名，也不止荷兰人和美国人制造这东西
就目前我知道有上市产品的什么日本东丽，韩国大韩石化，在国内中纺工业当年可是把UHMW pe的技术公开了，国内基本上只要涉及防弹材料的基本上都有能力自给自足了好咩各种迪尼玛神教也是醉了
顺便你的三级PE板走的是NIJ1010.06测试对吧稍微有点常识都知道除了国内GA141警用标准有小口径弹测试内容意外不管是NIJ1010.6或者GJB4300在Ⅲ级或以上时基本上都是中口径全威力弹，所以全世界的纯UHMW pe板都有个很尴尬的局面你知道么，在NIJ1010.06测试时挡得住M80 下来却挡不住小口径钢芯弹PE板固然轻便，但是基本上对小口径弹无解，想挡小口径你前面还得加层陶瓷来侵彻弹丸顺便高温对UHMWPE板基本上没多大影响，因为这玩意并不是以纤维形式单独存在的，这玩意是靠树脂胶基体材料来固定的说白了如果你拿着PE板，真正该担心的是小口径，而不是什么高温
稍微有点常识都知道除了国内GA141警用标准有小口径弹测试内容意外不管是NIJ1010.6或者GJB4300在Ⅲ级或以上时基本上都是中口径全威力弹，所以全世界的纯UHMW pe板都有个很尴尬的局面你知道么，在NIJ1010.06测试时挡得住M80 下来却挡不住小口径钢芯弹PE板固然轻便，但是基本上对小口径弹无解，想挡小口径你前面还得加层陶瓷来侵彻弹丸顺便高温对UHMWPE板基本上没多大影响，因为这玩意并不是以纤维形式单独存在的，这玩意是靠树脂胶基体材料来固定的说白了如果你拿着PE板，真正该担心的是小口径，而不是什么高温
顺便再说说你信仰的AR500AR500这玩意可不只是Armour wear家的商品名德国蒂森克虏伯有种结构钢的标号可就是XAR500。
不管有没有关系我只想说,Armour wear自己都说他的板子主要就是买个涂层，里面的靶板能不能和正经的AR500比都是个问题这玩意是同样射击条件下“坑”比复合陶瓷板小，那我就问问你，这玩意重量和陶瓷板比呢？贪便宜喜欢保质期长的没有错，喜欢重的那就是你的事了。顺便大多数金属靶的靶面延伸性十分令人担忧啊，不知道这AR500如何呢，难怪人家还要同时搞陶瓷板业务啊
AR500这玩意可不只是Armour wear家的商品名德国蒂森克虏伯有种结构钢的标号可就是XAR500。不管有没有关系我只想说,Armour wear自己都说他的板子主要就是买个涂层，里面的靶板能不能和正经的AR500比都是个问题
这玩意是同样射击条件下“坑”比复合陶瓷板小，那我就问问你，这玩意重量和陶瓷板比呢？贪便宜喜欢保质期长的没有错，喜欢重的那就是你的事了。顺便大多数金属靶的靶面延伸性十分令人担忧啊，不知道这AR500如何呢，难怪人家还要同时搞陶瓷板业务啊