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【摘 要】装甲装备轻量化是现代战争对装甲装备提出的重要要求之一，而复合材料具有质量轻，比强度和比模量高，耐腐蚀以及力学性能可设计性强等一系列优点，受到了军事领域越来越广泛的重视。本文综述了复合材料在装甲装备等军事领域轻量化研究中的进展及应用情况，并提出复合材料在军事领域中具有广阔的应用前景，我国需进一步加强复合材料的开发及应用，以适应现代战争的需求。
【关键词】复合材料；装甲装备；轻量化
重量是影响装甲装备实现战场快速反应能力的主要因素之一，现代高技术战争对装甲装备的重量指标提出了极为苛刻的要求，即在满足高抗弹性的前提下，具有轻量化、高性能化、高机动灵活性等。发达国家无一不投入巨资，研究和探索装甲装备的轻量化，广泛采用复合材料来减轻装甲装备的重量。复合材料在装甲装备的应用已从简单的非承力件向结构件、动力系统乃至大型整体部件发展，以期减轻装甲装备重量，提高装甲装备的机动性，增加携弹量和野战辅助系统用量，提高装甲装备及士兵战场生存和作战能力[1]。
1.树脂基复合材料的应用
树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于军事工业中。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体，加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料；而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物，它可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后硬化成为固体。树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。
装甲装备应用树脂基复合材料始于20世纪70年代，为满足装甲车辆防护系统和轻量化需求而用树脂基复合材料制造坦克复合装甲。前苏联T-72，T-80主战坦克成功的将树脂基复合材料用于装甲防护，大幅度提高了防护能力。
美国和英国在研究中将树脂基复合材料作为主战装备车体的首选材料，主要原因在于采用新型树脂基复合材料不仅可减小雷达反射截面积，而且还可减轻坦克的质量。美国将复合材料样车的研制已纳入到型号研制中，在其提出的“未来战斗系统（FCS）”研究计划中，计划发展的原型车也包括了复合材料样车。
同时，美国、德国和俄罗斯等国还采用复合材料替代金属材料制成装甲装备的零部件。如美国综合考虑了MIAI主战坦克上各部件复合材料化的可行性，优选出22个部件采用复合材料制造，可减重1440kg，降低成本1835美元[2]。
2.金属基复合材料的应用
金属基复合材料基本上可分为连续纤维增强、连续体增强（包括颗粒、纤维和晶须）和叠层复合三类。所用的基体金属包括Al、Mg、Ti等轻金属及其合金、高温合金以及金属间化合物等，也有少量以钢、锌、铜、铅为基体，连续增强体主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维（包括钨芯及碳芯化学气相沉积丝）和先驱体 热解纤维、硼纤维（钨芯）、氧化铝纤维、不锈钢丝和钨丝等，非连续增强体中短纤维常用氧化铝（含莫来石和硅酸铝）纤维，颗粒则有碳化硅、氧化铝、氧化锆、硼化钛、碳化钛和碳化硼等，晶须类主要为碳化硅、氧化硅以及最近开发的硼酸铝、钛酸钾等晶须。金属基复合材料弥补了树脂基复合材料耐热性差（一般不超过300℃）、不能满足材料导电和导热性能的不足，以其高比强度、高比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的导电导热性和尺寸稳定性在军事工业中得到广泛应用[3]。
在金属基复合材料中，研究最多的是轻金属基复合材料，如碳化硼颗粒/铝（B4C/Al）、氧化铝晶须（Al2O3W/Al）和碳化硅纤维（SiCf/Al）等。这种陶瓷增强金属基复合材料克服了陶瓷的脆性、弥补了金属硬度不够和较重的缺陷，具有比钢和陶瓷装甲更优良的抗弹性能。美国DOW公司采用快速全向压实工艺制造B4C/Al基复合材料，其抗弹极限与热压B4C保持相近，而韧性比单质B4C好得多。近年来，美国已将B4C/Al用作空军C-130的防弹装甲，其密度为2.6kg/cm3，使每架C-130减重1365kg，而且防弹性能好。
金属基复合材料在地面车辆和人员防护方面的应用也取得了一定进展。例如装甲车履带、Leopardl坦克火控系统瞄准镜、以及轻质防弹装甲车、“沙漠风暴”地面进攻装甲车等也在使用金属基复合材料，以减轻车体重量，提高装备的机动性，同时装备的抗弹能力也得到显著提高。
3.陶瓷基复合材料的应用
陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。陶瓷基复合材料的基体有陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷，根据增韧方式的不同，陶瓷基复合材料可分为颗粒、晶须、层状和联系纤维增韧陶瓷基复合材料。四种陶瓷基复合材料的强度和断裂韧性依次增加，其中前两种复合材料具有各向同性，后两种复合材料具有各向异性。
陶瓷基复合材料具有密度低、抗氧化、耐热、比强度和比模量高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，工作温度在1250～1650℃，可用作高温发动机的部件，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一[4]。
目前，陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，由于其重量轻、热机械性能和抗热震冲击性能好，因此在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料可用作超音速飞机、火箭发动机喷管和垫圈材料。碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料不仅具有优异的高温力学性能、热稳定性和化学稳定性，韧性也明显改善，可作为高温热交换器、燃气轮机的燃烧室材料和航天器的防热材料。
陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。
4.结束语
装甲装备正向高性能化、高机动性、轻量化和隐身化方向发展，尤其轻量化是未来装甲装备不可忽视的一个重要方面。复合材料与其它单质材料相比具有低密度、高比强度、高比刚度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能，倍受各国技术人员的重视。同时，由于复合材料具有可设计性的特点，已成为军事工业的一支主力军。
我国在装甲装备轻量化研究方面还处于起步阶段，复合材料在装甲装备上的应用与美国、德国、俄罗斯等发达国家相比还存在很大差距，目前军用复合材料正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展，我们应该重视复合材料的开发和研究工作，加速复合材料在装甲装备中的应用，为打赢现代高技术局部战争提供有力保障。
参考文献：
[1] 张振英，复合材料在坦克装甲车辆上的应用，塑料，2000年第3期.
[2] 高永忠，纤维增强树脂基复合材料在武器装备上应用，2005年南京复合材料技术发展研讨会论文集，2005年11月，25-29.
[3] 付鹏，金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用，材料导报网刊，2009年12月，8-10.
[4] 张立同，连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨，复合材料学报，2007年4月，1-6.
【关键词】复合材料；装甲装备；轻量化
重量是影响装甲装备实现战场快速反应能力的主要因素之一，现代高技术战争对装甲装备的重量指标提出了极为苛刻的要求，即在满足高抗弹性的前提下，具有轻量化、高性能化、高机动灵活性等。发达国家无一不投入巨资，研究和探索装甲装备的轻量化，广泛采用复合材料来减轻装甲装备的重量。复合材料在装甲装备的应用已从简单的非承力件向结构件、动力系统乃至大型整体部件发展，以期减轻装甲装备重量，提高装甲装备的机动性，增加携弹量和野战辅助系统用量，提高装甲装备及士兵战场生存和作战能力[1]。
1.树脂基复合材料的应用
树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于军事工业中。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体，加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料；而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物，它可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后硬化成为固体。树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。
装甲装备应用树脂基复合材料始于20世纪70年代，为满足装甲车辆防护系统和轻量化需求而用树脂基复合材料制造坦克复合装甲。前苏联T-72，T-80主战坦克成功的将树脂基复合材料用于装甲防护，大幅度提高了防护能力。
美国和英国在研究中将树脂基复合材料作为主战装备车体的首选材料，主要原因在于采用新型树脂基复合材料不仅可减小雷达反射截面积，而且还可减轻坦克的质量。美国将复合材料样车的研制已纳入到型号研制中，在其提出的“未来战斗系统（FCS）”研究计划中，计划发展的原型车也包括了复合材料样车。
同时，美国、德国和俄罗斯等国还采用复合材料替代金属材料制成装甲装备的零部件。如美国综合考虑了MIAI主战坦克上各部件复合材料化的可行性，优选出22个部件采用复合材料制造，可减重1440kg，降低成本1835美元[2]。
2.金属基复合材料的应用
金属基复合材料基本上可分为连续纤维增强、连续体增强（包括颗粒、纤维和晶须）和叠层复合三类。所用的基体金属包括Al、Mg、Ti等轻金属及其合金、高温合金以及金属间化合物等，也有少量以钢、锌、铜、铅为基体，连续增强体主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维（包括钨芯及碳芯化学气相沉积丝）和先驱体 热解纤维、硼纤维（钨芯）、氧化铝纤维、不锈钢丝和钨丝等，非连续增强体中短纤维常用氧化铝（含莫来石和硅酸铝）纤维，颗粒则有碳化硅、氧化铝、氧化锆、硼化钛、碳化钛和碳化硼等，晶须类主要为碳化硅、氧化硅以及最近开发的硼酸铝、钛酸钾等晶须。金属基复合材料弥补了树脂基复合材料耐热性差（一般不超过300℃）、不能满足材料导电和导热性能的不足，以其高比强度、高比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的导电导热性和尺寸稳定性在军事工业中得到广泛应用[3]。
在金属基复合材料中，研究最多的是轻金属基复合材料，如碳化硼颗粒/铝（B4C/Al）、氧化铝晶须（Al2O3W/Al）和碳化硅纤维（SiCf/Al）等。这种陶瓷增强金属基复合材料克服了陶瓷的脆性、弥补了金属硬度不够和较重的缺陷，具有比钢和陶瓷装甲更优良的抗弹性能。美国DOW公司采用快速全向压实工艺制造B4C/Al基复合材料，其抗弹极限与热压B4C保持相近，而韧性比单质B4C好得多。近年来，美国已将B4C/Al用作空军C-130的防弹装甲，其密度为2.6kg/cm3，使每架C-130减重1365kg，而且防弹性能好。
金属基复合材料在地面车辆和人员防护方面的应用也取得了一定进展。例如装甲车履带、Leopardl坦克火控系统瞄准镜、以及轻质防弹装甲车、“沙漠风暴”地面进攻装甲车等也在使用金属基复合材料，以减轻车体重量，提高装备的机动性，同时装备的抗弹能力也得到显著提高。
3.陶瓷基复合材料的应用
陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。陶瓷基复合材料的基体有陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷，根据增韧方式的不同，陶瓷基复合材料可分为颗粒、晶须、层状和联系纤维增韧陶瓷基复合材料。四种陶瓷基复合材料的强度和断裂韧性依次增加，其中前两种复合材料具有各向同性，后两种复合材料具有各向异性。
陶瓷基复合材料具有密度低、抗氧化、耐热、比强度和比模量高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，工作温度在1250～1650℃，可用作高温发动机的部件，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一[4]。
目前，陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，由于其重量轻、热机械性能和抗热震冲击性能好，因此在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料可用作超音速飞机、火箭发动机喷管和垫圈材料。碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料不仅具有优异的高温力学性能、热稳定性和化学稳定性，韧性也明显改善，可作为高温热交换器、燃气轮机的燃烧室材料和航天器的防热材料。
陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。
4.结束语
装甲装备正向高性能化、高机动性、轻量化和隐身化方向发展，尤其轻量化是未来装甲装备不可忽视的一个重要方面。复合材料与其它单质材料相比具有低密度、高比强度、高比刚度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能，倍受各国技术人员的重视。同时，由于复合材料具有可设计性的特点，已成为军事工业的一支主力军。
我国在装甲装备轻量化研究方面还处于起步阶段，复合材料在装甲装备上的应用与美国、德国、俄罗斯等发达国家相比还存在很大差距，目前军用复合材料正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展，我们应该重视复合材料的开发和研究工作，加速复合材料在装甲装备中的应用，为打赢现代高技术局部战争提供有力保障。
参考文献：
[1] 张振英，复合材料在坦克装甲车辆上的应用，塑料，2000年第3期.
[2] 高永忠，纤维增强树脂基复合材料在武器装备上应用，2005年南京复合材料技术发展研讨会论文集，2005年11月，25-29.
[3] 付鹏，金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用，材料导报网刊，2009年12月，8-10.
[4] 张立同，连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨，复合材料学报，2007年4月，1-6.