陶瓷的前沿

透明裝甲(transparent armor)

一扇能看得清清楚楚、卻又能擋下子彈的窗戶,聽起來像自相矛盾;長久以來唯一的答案就是又厚又重的一疊玻璃。透明裝甲是陶瓷給的解方。訣竅在於把一片極硬、透明的陶瓷放在受擊面:它硬到能把來襲的彈頭打碎或鈍化,摧毀那個負責穿透的尖端,而後方由玻璃與塑膠構成的堅韌背襯層則接住碎裂的殘片、吸收能量。你能看穿它,是因為那片陶瓷真的透明,而不只是一個窺孔。

一塊多晶陶瓷要透明,就必須幾乎完全沒有氣孔(氣孔散射光就像冰裡的氣泡),而且必須光學等向——一種在每個方向都以相同方式折光的立方晶體,好讓晶界不散射。有兩種立方陶瓷符合條件:鎂鋁尖晶石(MgAl2O4)與 ALON,一種鋁氧氮化物(鋁-氧-氮系統中的固溶體)。兩者都遠比玻璃硬——尖晶石約 14 到 16 GPa、ALON 約 18、單晶藍寶石高於 20——所以在相同防護下,裝甲總成可以比全玻璃的更輕更薄。實際使用時,它們被層壓成一片硬陶瓷正面,黏接玻璃與聚碳酸酯背襯。

透明裝甲之所以重要,是用於車輛與飛機的窗戶、防爆盾、以及必須挺過雨、沙與撞擊的紅外線感測器透明罩與窗。要老實說明它如何運作、代價如何。那片陶瓷正面並非靠自己「擋下」子彈;它擊敗並侵蝕彈頭,而是整個層狀系統把它擋住。單晶藍寶石更硬,卻是各向異性且昂貴的;尖晶石與 ALON 勝在立方對稱、又能製成大塊板材。而製造才是難處——用熱壓、或燒結加熱等靜壓來長出大面積、無瑕、無氣孔的透明板材既慢又貴,而且成品陶瓷依舊是脆的。

一片略厚於一英吋的 ALON 窗,能擊敗一發子彈,而普通層壓防彈玻璃要擋下它得用上將近兩倍的厚度與重量——硬陶瓷正面在玻璃與塑膠背襯必須接住它之前,就先把子彈打碎。

硬質立方陶瓷擊碎彈頭;堅韌背襯接住碎片——一種你能看穿的裝甲。

透明要求立方晶體與近乎零的孔隙率。像普通氧化鋁這種雙折射(非立方)陶瓷,會在每一個晶界散射光而變得乳白,無論它多純。

又称
transparent armorspinel armourALON透明防彈尖晶石裝甲