防彈衣，又稱避彈背心，用于防護彈頭或彈片對人體的傷害。防彈衣主要由衣套和防彈層兩部分組成。衣套常用化纖織品制成，防彈層一般用金屬（特種鋼、鋁合金和鈦合金）、陶瓷片（碳化硼、碳化硅和氧化鋁）、玻璃鋼和超高分子聚乙烯纖等制成。其中，防彈層可以吸收彈頭或彈片的動能，對低速彈頭或彈片具有明顯的防護效果，在控制一定的凹陷情況下可減輕對人體胸部、腹部的傷害。

依據防彈層的軟硬程度不同，防彈衣可分為軟體、硬體和軟硬復合體三種類型。軟體防彈衣以高性能紡織纖維吸收沖擊能量，而硬體防彈衣一般以插板式為主，利用金屬或陶瓷插板起到防護功能。復合防彈衣則是以軟質材料為內襯，硬質材料為面板或增強材料。

圖1 二戰時期蘇聯士兵裝備的硬體防彈衣，可以看出其防彈層為鋼板，鋼板的強度能夠滿足戰斗中抵御彈片的需求，但是不利于士兵的靈活作戰

圖2 美軍M12防彈衣采用了鋁板作為防彈層，鋁板相對鋼板明顯會更為輕便，但防護能力相對較弱

更輕更強的防彈陶瓷

陶瓷是一類能夠兼具輕便與強度的防彈材料，其應用最早可以追溯到1962年，Goodyear航空航天公司研制出的高硬度表面材料的復合裝甲，是將氧化鋁陶瓷塊粘到相對薄（約6mm）的韌性鋁背板上，用7.62mm穿甲彈射擊這種靶板，同時還借助于高速攝影和HETP有限差分計算程序對彈靶作用過程進行模擬，對陶瓷復合裝甲進行了深入研究。在1965年，Goodyear公司又推出了適合軍用飛機裝備的碳化硼材質防彈裝甲。此后，陶瓷材料作為一種新型的防彈裝甲，逐步應用到軍用飛機、坦克、艦艇及單兵防彈衣上。

圖3 Goodyear公司為波音公司生產的B-29轟炸機尾翼

陶瓷材料與傳統金屬材料在防彈原理上的最大不同是：金屬材料可以通過塑性變形吸收彈頭的能量，而陶瓷作為脆性材料，其破壞時塑性變形量近乎為0。因此，在彈頭較大沖擊力作用下，陶瓷材料主要通過微破碎過程吸收能量，其主要過程大致分為初始撞擊階段、侵蝕階段和變形斷裂階段。防彈陶瓷表層能使得彈頭鈍化，表面粉碎為細小而堅硬的顆粒，當變鈍的彈丸繼續深入，使得防彈陶瓷形成碎片層，材料內部的拉應力使得陶瓷碎裂，剩余的能量由背板吸收。因此，陶瓷的彈性模量、硬度越大，密度越小，陶瓷對于動能吸收能力越強，即防彈性能越好。

陶瓷材料應用于防彈衣，最為成功的案例是美軍現役的“攔截者”防彈衣。“攔截者”防彈衣由可拆洗的戰術背心式外套、凱夫拉軟質防彈內層和前后兩片碳化硼防彈板三部分組成，于2001年1月開始裝備美軍，不含防護板的“攔截者”重約3.81千克，而全套“攔截者”防彈衣僅重7.44千克，比老式防彈衣PASGT/SAPO的組合輕4.08千克。

除了輕便以外，防彈陶瓷的突出特點還有防護能力強，這源于陶瓷自身的高比強度、大彈性模量和高硬度。2005年8月，互聯網上流傳的一段伊拉克反美武裝拍攝的狙擊手襲擊駐伊美軍的錄像。不過，其內容更像是為美軍的“攔截者”防彈衣做了一次廣告：遇襲的美軍醫護兵悠哉游哉地站在公路邊，“砰”地一聲槍響后，SVD狙擊步槍射出的子彈瞬間擊中醫護兵的胸口，強大的沖擊力使后者騰空而起，并摔倒在地。但一轉眼，該醫護兵又站了起來，持槍向來襲方向觀望，然后跑到悍馬車后面尋找掩護……不過，這名醫護兵并非毫發無損，SVD彈頭的強大沖擊力使他的胸前出現了紅色的瘀傷。根據美軍對“攔截者”防彈衣的評估，防彈衣本身的防彈等級達到I級，可抵御9mm手槍子彈，在前后各插入一塊重1.81千克的碳化硼輕武器防護插板后，可以將防御等級提高到抵擋AK47發射的7.62mm槍彈的ⅢA級。不過，這種插板的價格相當昂貴，全配備的“攔截者”防彈衣總價高達1600美元。

圖4 防彈衣能夠阻止子彈侵入人體，但是無法阻止“鈍傷”，即在子彈無法穿透人體的情況下，巨大的沖擊動能仍能使人體形成類似于鈍器猛擊造成的傷害，嚴重的可能造成人體的內臟、骨骼受損。在這一點上，陶瓷材料由于能夠通過斷裂吸收動能，因而防護性能會優于金屬這一類塑性材料。

目前，已經應用于防彈衣上的陶瓷材料主要為氧化鋁、碳化硅和碳化硼，這三種防彈陶瓷的主要性能指標如表1所示。

表1 三種常用的防彈陶瓷材料

小結與展望

陶瓷材料應用于防彈衣上，能夠兼具防護能力及單兵作戰所追求的輕便性。目前常見的防彈陶瓷中，氧化鋁相對其它兩種，價格低廉，能夠滿足一般的防彈需求，而碳化硅、碳化硼價格昂貴，其中碳化硼的應用前景更為明確，但由于價格高，因此一般將其應用到防彈要求最高的部位。例如在2016年人民解放軍全面列裝的昌河武直-10上，在直升機特別脆弱的座艙肩膀兩側安裝了能夠抗擊12.7mm大口徑機槍子彈的碳化硼陶瓷裝甲板；美軍號稱“飛行坦克”的阿帕奇直升機的乘員艙下面的彈藥艙直接關乎人、機的安全，因此加裝了碳化硼陶瓷和凱夫拉纖維組成的裝甲，可以直接抵御23mm炮彈的攻擊，而其它相對不重要的部位僅采用了防彈玻璃。

粉體圈 火宣