用於輕型裝甲的碳化硼
執行摘要
碳化硼（B₄C）是一種頂級陶瓷材料，廣泛應用於要求最苛刻的輕型裝甲領域。它兼具 極高的硬度 和 極低的密度， 使其成為在盡可能減輕重量的同時，又能提供最高防護等級的首選材料。然而，其高昂的成本和固有的脆性常常限制了它的應用。
1. 什麼是碳化硼？
碳化硼是一種由硼原子和碳原子組成的合成材料。它是已知最硬的物質之一，硬度排名第三，僅次於鑽石和立方氮化硼。
盔甲的關鍵屬性：
-
極高的硬度： 莫氏硬度約為9.5。這使其能夠擊碎堅硬的彈丸。
-
密度極低： 約2.52克/立方公分。這大約是鋼密度的三分之一，使其異常輕盈。
-
高剛度（彈性模數）： 在負載下具有很強的抗變形能力。
-
高抗壓強度： 能夠承受巨大的擠壓力。
2. 為什麼它是輕型裝甲的理想選擇？核心原則
其主要優點在於無與倫比的 硬度密度比。就盔甲而言，這意味著在 給定重量下能提供最佳防護。
實際上，碳化硼裝甲板在提供相同防護等級的情況下，重量將遠輕於鋼或氧化鋁（Al₂O₃）裝甲板。這一點至關重要，因為：
-
個人機動性： 士兵和執法人員可以攜帶必要的防護裝備，而不會感到負擔過重。
-
航空航太和車輛應用： 減輕飛機（例如直升機座椅）和車輛的重量可以節省燃料並提高性能。
3. 它在裝甲系統中的工作原理
碳化硼幾乎從不單獨使用。它 在複合裝甲系統中用作正面衝擊面。
機制：
-
衝擊與鈍化： 當高速彈丸（尤其是硬鋼或鎢芯彈丸）撞擊碳化硼板時，其極高的硬度會使彈丸尖端鈍化並被侵蝕。這會立即降低彈丸的穿透能力。
-
斷裂與能量吸收： 衝擊產生的衝擊波會導致碳化硼在衝擊點下方局部「錐體」內發生斷裂。這種斷裂過程會消耗彈丸的大量動能。
-
載重分佈： 堅硬的陶瓷板將高度局部化的衝擊力分散到背襯層上更大的區域。
-
背襯層捕獲： 背襯材料（通常為 芳綸 或 超高分子量聚乙烯 – UHMWPE層）堅韌且具有延展性。其作用是：
-
接住破碎的彈丸和陶瓷碎片。
-
透過塑性變形和纖維拉伸吸收剩餘的動能。
-
提供結構完整性，防止危險的背面變形（鈍性創傷）。
-
這種 「硬前/韌後」的 協同作用是現代輕型複合裝甲的基石。
4. 優點與缺點
| 優勢 | 缺點 |
|---|---|
| 同類產品中最佳的重量防護比 | 成本極高 （最昂貴的陶瓷盔甲） |
| 超高的硬度可以抵禦穿甲彈 | 固有的脆弱性 （多擊性能差） |
| 輕巧的設計增強了使用者的行動性 | 複雜且高能耗的製造流程 （熱壓） |
| 難以加工 （需要鑽石刀具） |
5. 與其他裝甲陶瓷的比較
| 財產 | 碳化硼（B₄C） | 碳化矽（SiC） | 氧化鋁（Al₂O₃） |
|---|---|---|---|
| 硬度 | 最高 | 非常高 | 高的 |
| 密度 | 最低 | 低的 | 最高 |
| 成本 | 最高 | 中等的 | 最低 |
| 韌性 | 最低 | 最高 | 中等的 |
| 最適合 | 極致輕量化性能 | 最佳綜合表現 | 經濟高效的解決方案 |
選購指南：
-
碳化硼： 當重量是絕對關鍵因素而預算是次要因素時（例如，先進的士兵防彈板、航空航天），應選擇碳化硼。
-
碳化矽： 兼顧性能、多重擊發能力和成本的最佳選擇。最常見的高端陶瓷材料。
-
氧化鋁： 當預算是主要限制因素且可以接受增加的重量時，應選擇氧化鋁。
6. 主要應用
-
個人防彈衣：
-
步槍防彈板（ESAPI）： 用於軍用小型武器防護插板（SAPI/ESAPI 板），以阻擋高威力穿甲彈。
-
高切頭盔： 用於特種戰鬥頭盔，可在確保最大限度防護彈片和手槍子彈的同時，最大限度地減輕重量。
-
-
航空航太與車輛裝甲：
-
直升機座椅： 保護飛行員免受地面火力傷害。
-
輕型裝甲車輛： 作為車門和關鍵部位的附加裝甲。
-
飛機裝甲： 用於關鍵部件和乘員區域。
-
-
其他：
-
防爆服護板。
-
適用於無人機等高價值、對重量敏感平台的裝甲。
-