1888年英國人首次推出了全鋼裝甲板,在接下來的半個多世紀的時間內,全鋼裝甲板就成為了裝甲防護領域的標配,坦克誕生以後裝甲鋼因為抗彈性能高,工藝性好、成本較低,容易成型和裝配的特點就成為了坦克的基礎裝甲,為了提高裝甲鋼的硬度,傳統的裝甲鋼主要通過提高含碳量的手段來實現(五六十年代以前的裝甲鋼含碳量高達6%)。然而彈甲之爭永遠都是螺旋上升的,隨着反坦克彈藥的不斷發展,裝甲鋼僅僅擁有極高的硬度還不行,還必須兼具一定的韌性,裝甲鋼必須在穿甲彈的高速衝擊下在強度和韌性之間做出平衡,然而對於傳統裝甲鋼來說,隨着碳含量的增加,裝甲鋼的韌性是極速下降的,於是就有了一種滲碳技術,通過滲碳工藝裝甲鋼的表面硬度極高,底層裝甲的硬度低但是韌性強,這就是滲碳裝甲,也就是所謂的表面硬化裝甲(當然通過添加一些稀有金屬也能提高裝甲鋼的韌性,比如鉬)。
二戰結束以後,隨着材料科學技術的快速發展,有機聚合物和陶瓷這類的新型材料技術不斷地進步,並不斷地應用到各行各業,於是複合裝甲作為一種全新的防護裝甲便開始走上了歷史的舞台。除此之外破甲彈在二戰結束以後迎來了高速發展,這種利用空心裝藥技術的全新彈藥對均質鋼裝甲的打擊堪稱毀滅性,如果一味的堆砌裝甲厚度,那意味着防護、火力、機動三合一的坦克將徹底的失去平衡。蘇聯人率先創造性的在t-64A上面使用了複合裝甲,除此之外以“喬巴姆”為首的西方複合裝甲也迎來了高速發展時期,如今世界上幾乎所有的主戰坦克都使用了複合裝甲,有些坦克的複合裝甲更是發展到了第三代,那麼複合裝甲到底有何過人之處?
複合裝甲,從字面意思上理解就是由多種不同材料複合而成的裝甲。其主要由普通結構和特殊材料結構組成,普通結構主要依靠材料的強度來提高抗彈能力,比如均質裝甲鋼板,合金板,玻璃鋼板等;特殊結構主要依靠材料的特殊特性來提高抗彈能力,比如耐高溫的陶瓷板,炭纖維/石英複合板,能有效防禦碎甲彈的空氣間隙等(其實間隙裝甲也是複合裝甲的一種,只不過它的特殊填充材料就是生活中最常見的空氣),根據特殊結構材料的不同,複合裝甲有很多種,主要由金屬複合裝甲、金屬非金屬複合裝甲,非金屬複合裝甲。
複合裝甲相較於傳統的鋼裝甲抗彈能力得到了大幅增強,因為複合裝甲能夠在彈藥擊中的一瞬間產生多種防護效應,比如隨着多層薄裝甲板的應用,應力波可以在間隙間來回多次反射,就能有效的抵禦碎甲彈,再比如不同形狀的陶瓷塊能夠有效的防禦破甲彈;還比如多層排杆結構(就是裡面有很多橫置排列的杆狀單元)的複合裝甲能產生不對稱的方向力,會加劇長杆穿甲彈的上下偏轉甚至使其發生斷裂,降低其穿甲威力。而且在防禦穿甲彈、破甲彈、碎甲彈等不同彈藥時複合裝甲所產生的防護效應是各不相同的,相較於防護效應單一的鋼裝甲,複合裝甲更加全面而且強悍。此外複合裝甲在等抗彈能力的情況下,不論是重量還是厚度都要遠遠低於鋼裝甲,此外多種材料組成的複合裝甲設計性更強,可以根據不同的防護需求或防護位置設計出不同性能、厚度的複合裝甲,應用範圍相比於鋼裝甲大幅提升,最後複合裝甲還能設計成各種不同的模塊,根據防護位置的不同來搭配不同性能的模塊化單元,利於更換和維護。
這種複合裝甲的材料全都是金屬,只不過由不同強度或硬度的金屬裝甲板組成,金屬可以是鋼,可以是鋁,還可以是像鋼鋁、鋼鈦這樣的複合金屬,鋁的特點就是重量輕,鈦重量輕且強度較高,但是這兩種金屬都不易焊接,所以普遍應用在步戰車、空降戰車這類對防護性能要求較小的裝甲戰車上面。這裡以鋼複合裝甲為例,最基礎的鋼製複合裝甲就是一塊強度和硬度都極高的面板和一塊韌性極強的背板組成(這種雙層的金屬複合裝甲已經不怎麼使用了),高硬度面板能夠有效的抵禦穿甲彈的衝擊甚至使其破碎,高韌性的背板能夠吸收穿甲彈的能量,防止裝甲開裂崩落,抵禦破片的二次效應,不過金屬複合裝甲要求不同裝甲層之間的結合要十分的牢固,而且不同層的最佳厚度也需要着重考慮。最後這種鋼複合裝甲只能有效的防禦穿甲彈,對於破甲彈防禦並不是很高。
金屬非金屬複合裝甲是目前應用最廣的一種複合裝甲,普遍裝備在各國的主戰坦克上面。金屬非金屬複合裝甲也可以分為兩種,一種就是金屬非金屬厚複合裝甲,主要由殼體(殼體包括面板,背板,側板,連接裝置,就類似於一個金屬盒子)和夾層材料組成,內部結構更加的複雜。另一種就是金屬非金屬薄複合裝甲,這種複合裝甲就沒有殼體了,就是簡單的金屬-非金屬板疊合起來或者是金屬板夾非金屬板的結構,金屬材料一般都是普通的均值鋼裝甲,這裡就着重的說一下非金屬夾層材料,首先就是以不同強度、形狀(一般為塊狀,晶體狀和纖維狀)的非金屬(比如陶瓷、碳、氧化鋁等)為增強體,以金屬為基體的夾層材料,這種夾層材料耐疲勞、強度高、耐腐蝕、耐高溫,而且質量較小,被長杆穿甲彈擊中時因為各部分硬度的不同會導致受力不同,容易發生偏轉。但是這種材料的製作難度較高成本也大,很難做到大規模普及。
接下來就是玻璃鋼夾層和陶瓷夾層了,玻璃鋼的強度能夠和鋼相媲美,但是相較於鋼更加的耐高溫,抗彎曲和拉伸,具備很強的衝擊韌性,這種夾層材料能夠有效的抵禦金屬射流,當破甲彈的金屬射流穿入時,會發生彎曲,斷裂,破碎,而且玻璃鋼的孔壁會回縮包裹住金屬射流,這樣一來大量的金屬射流就會被消耗在孔壁,很難加深,最後金屬射流的能量被逐漸的消耗直至消失,此外在抗穿甲彈方面玻璃鋼同樣要優於鋼裝甲,因此比較常見。還有一種比較常見的就是以陶瓷材料作為基體,以金屬、陶瓷,炭纖維、有機材料(比如石英碳化硅、氮化硅、橡膠等)作為增強體的夾層材料,其中金屬增強體強度高;陶瓷和炭纖維強度高,穩定性好,耐高溫;有機材料橡膠衝擊韌性高。而且除了整塊複合裝甲可以傾斜放置外,其內部的夾層也是可以傾斜放置的,這樣一來防護能力就會大幅提升。
最後就是非金屬複合裝甲了,顧名思義這種複合裝甲主要由非金屬材料組成,這種複合裝甲的抗彈能力較差,一般僅能防禦小口徑彈藥和炮彈破片等,所以坦克一般不會採用,還是以金屬非金屬複合裝甲為主,這種複合材料一般為雙層結構,根據不同的需求可以選擇不同材料作為面板(比如高硬度的陶瓷板)和背板(比如玻璃鋼),由於其能在控制重量的情況下增強防護能力,可以應用在武裝直升機,對地攻擊機等上面。
多層的複合裝甲還能有效的防禦碎甲彈,碎甲彈引發的應力波在第一次裝甲上能造成較大的層裂效應,但是在兩層裝甲之間會來回的反射分散,進入到第二層裝甲時已經沒有多大的效果了,現代複合裝甲也會大量的應用間隙裝甲,間隙裝甲還能起到一個泄壓的作用,能有效的降低爆炸產生的爆轟波對戰車的衝擊,在應對多發穿甲彈時防護效果極佳,此外中間的間隙也可以作為儲物箱,實在不行還可以在間隙之間添加附加裝甲來提高戰車的防護能力。