碳化硅技术详解 - 14 玻璃-SiC 陶瓷金属复合材料弹道测试的综合讨论

6 玻璃-SiC 陶瓷金属复合材料弹道测试的综合讨论

在玻璃-SiC 陶瓷金属复合材料 (GBSC-CMC) 发明之前，钛金属是唯一一种在承载结构性能方面优于钢材的装甲材料。GBSC-CMC 具有比钢材、铝材或钛金属更高的弹道效率，以及前所未有的承载结构和抗爆能力。因此，GBSC-CMC 作为潜在装甲材料的优势主要体现在四个方面：

• • 重量和成本优势: 作为承载结构的装甲材料，GBSC-CMC 在重量效率和成本方面均优于钛金属装甲。

• • 独特的抗多次打击能力: 无需马赛克结构即可实现卓越的多次打击防护。

• • 独特的抗爆和简易爆炸装置 (IED) 防护能力: 兼具轻量和抗爆性能，使其在防护简易爆炸装置和炸药方面独树一帜。

• • 独特的抗长杆穿甲弹能力: 制造厚装甲板简单，且具有固有拉伸约束，有效抵御长杆穿甲弹攻击。

6.1 玻璃含量的重要性

上述弹道测试充分证明了最大限度减少玻璃含量的重要性。2006 年 GBSC-CMC 概念专利中描述的 GBSC-CMC 一代含有 32% 的玻璃。它几乎无法阻止 APM2 穿甲弹，并且重量效率极低，无法与 RHA 钢装甲竞争，其抗破甲弹弹道效率仅为 1.7。经过优化测试程序 (RDOP APM2) 和玻璃含量优化的第三代 GBSC-CMC 证明，16% 的玻璃含量是最佳配方。

第三代 GBSC-CMC (16% 玻璃) 的关键特性如下：

• • SiC 第三代 GBSC-CMC：抗破甲弹弹道效率是第一代 GBSC-CMC 的两倍，即 E_m 为 3-3.5。

• • SiC 第三代 GBSC-CMC：抗穿甲弹 (APM2) 弹道效率与氧化铝陶瓷相当，即 E_m 为 3.7 (氧化铝 E_m 为 4)。

• • B₄C 第三代 GBSC-CMC：抗穿甲弹 (APM2) 弹道效率比氧化铝陶瓷高 20%，即 E_m 为 4.8。

6.2 玻璃-SiC 陶瓷金属复合材料的商业潜力：轻型车辆装甲

GBSC-CMC的主要市场应用将是车辆装甲，而不是身体装甲。这是为了利用其在高重量效率下的独特抗爆能力和独特的多次打击能力。因此，GBSC-CMC有可能主要在多次打击和抗爆轻型车辆和飞机装甲市场上竞争，这个市场目前由氧化铝马赛克主导。如前面的弹道分析所示，第三代SiC GBSC-CMC在对装甲穿透的阻力上与氧化铝相当。第三代B4C GBSC-CMC在对装甲穿透的阻力上比氧化铝高20%。

在成本方面，对于GBSC-CMC来说，只是瓷瓦的成本问题。GBSC-CMC瓷瓦天生就具有多次打击能力，可以通过自动化大规模生产制造出所需的大小和形状，无论是否需要水刀切割后处理。此外，如果需要，镀层也很简单。这使得最终使用的GBSC-CMC装甲板的生产成本非常低。这也意味着劳动力成本很低。一个骨干员工就可以非常有效地管理一个自动化工厂。 另一方面，对于氧化铝马赛克来说，虽然原始瓷砖的成本可能低于GBSC-CMC，但是劳动密集型的氧化铝马赛克铺设到装甲板的高劳动力成本使得氧化铝马赛克轻型车辆装甲的最终使用装甲板成本明显高于GBSC-CMC。此外，氧化铝马赛克生产操作还依赖于一个大团队的高度训练的员工来进行铺设。

当GBSC-CMC与SiC或B₄C竞争时，情况就不同了。SiC或B₄C车辆装甲不像马赛克那样容易制造多次打击，因为马赛克SiC或B₄C瓷砖的成本远高于非常便宜的氧化铝马赛克瓷砖。这并不是说不能生产烧结SiC或B₄C装甲的多次打击解决方案，只是GBSC-CMC是一个更加成本效益的替代品。

此外，烧结级SiC和B₄C的原始瓷砖成本高于GBSC-CMC。B₄C GBSC-CMC可以在重量效率上与氧化铝竞争，但不能与SiC或热压B₄C竞争。因此，在超轻型车辆装甲市场，GBSC-CMC在多次打击、抗爆和制造简单性方面具有独特的优势，但在成本上没有优势，尽管它在成本上会优于热压B₄C。在重量效率上，B₄C GBSC-CMC会稍微落后于RSSC SiC，更落后于热压B₄C。

因此，GBSC-CMC的关键优势是：

● 在最终使用装甲板成本方面，是最具成本效益的多次打击选项。

● B₄C GBSC-CMC是最具重量效率和成本效益的多次打击选项。

● 制造简单，铺设面板的劳动力需求低。

● 结合高重量效率和装甲系统成本效率，用于击败破甲弹和简易爆炸装置，具有破甲弹和简易爆炸装置多次打击能力。

6.3 玻璃键合碳化硅陶瓷金属复合材料的商业潜力：重型车辆装甲

GBSC-CMC可能在重型车辆（坦克）装甲中有特殊的用途。然而，到目前为止，GBSC-CMC在重型车辆应用方面仍然大都未被探索。那些参与重型武装车辆陶瓷装甲这个秘密领域的人可能更适合评判GBSC-CMC在这个领域的应用。然而，有两个应用是立即显而易见的。外部贴片装甲板用于击败成型药和LRP。在增强内部船体装甲的方面，对重型车辆进行升级装甲是极其困难的。GBSC-CMC是外部贴片升级装甲板的理想选择，原因如下：

• • GBSC-CMC对成型药的弹道效率为3-3.5。

• • 与传统的陶瓷贴面装甲不同，GBSC-CMC 不会被定型装药或简易爆炸装置炸碎。因此，在受到异形装药冲击后，GBSC-CMC 贴面装甲板上未被击穿的区域仍能保持完全的防弹性能。这种应用可能是 GBSC-CMC 最明显的市场定位。

• • GBSC-CMC 具有固有的拉伸约束，因此无需在金属约束单元中制造陶瓷，这在长杆穿甲弹击溃系统中很常见。

GBSC-CMC的另一个重要的潜在应用是在海军舰艇装甲，因为GBSC-CMC具有两个对这个角色重要的属性：

• • 作为一种非多孔陶瓷，GBSC-CMC在海洋环境中具有耐腐蚀性。

• • GBSC-CMC具有结构承载能力。

GBSC-CMC可能会看到许多海洋应用，从航空母舰甲板，到弹道面板，到重型装甲块。关于装甲块，与常规装甲陶瓷不同，GBSC-CMC可以制造任何厚度（设备允许的情况下）。

在装甲块的角色中，GBSC-CMC有可能用于陆基防御设施，如碉堡。