乔巴姆装甲

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乔巴姆装甲是1960年代由军事车辆与工程研究院（位于彻特西乔巴姆巷的英格兰坦克研究机构）研发的一种复合装甲。乔巴姆装甲名称只是其非正式名称。此后，该名称已成为复合陶瓷载具装甲的通用名称。乔巴姆装甲的其他非正式名称包括伯灵顿装甲和多切斯特装甲。特种装甲是一个更广泛的非正式术语，指的是任何由夹层反应板构成的装甲结构，包括乔巴姆装甲。

在英国国防部内部，乔巴姆通常特指非爆炸反应装甲和陶瓷复合材料，而多切斯特通常指附加装甲组件，主要由爆炸反应装甲和间隙装甲组成，尽管在口语中，这两者经常混用。

尽管乔巴姆装甲的结构细节仍属机密，但据描述，它由包裹在金属框架内的陶瓷片组成，并粘合到背板和几层弹性材料上。由于所用陶瓷的硬度极高，这种装甲对高爆反坦克（HEAT）弹等成形装药具有卓越的抵抗力，并能击碎动能穿甲弹。

这种装甲最初是在英格兰原型车FV4211的研发过程中进行测试的，并首次应用于美国M1的预生产型。目前公开的装备这种装甲的坦克只有M1艾布拉姆斯、挑战者1、挑战者2和K1 88坦克。承载陶瓷的框架通常以大块材料制造，这些坦克，尤其是它们的炮塔，故而呈现出独特的倾斜外观。

## 防护性能

由于所用陶瓷的硬度极高，这些陶瓷块能有效抵抗成形射流的冲击，并能击碎动能穿甲弹。粉碎后的陶瓷还能强烈磨损任何穿甲弹。对于较轻的弹丸，瓷砖的硬度会产生一种破碎间隙效应：在一定速度范围内（即间隙），更高的速度不会导致更深的穿透，而是直接摧毁弹丸。

由于陶瓷极脆，成形射流的入口通道并不像穿透金属时那样光滑，而是崎岖不平，导致极度不对称的压力，从而扰乱射流的几何形状（由于其质量相对较小，射流的穿透能力至关重要）。这会引发恶性循环：受扰动的射流会在陶瓷中造成更大的不规则性，最终导致射流失效。新型复合材料虽然更坚韧，但通过优化其层状内部结构来增强这种效应，从而产生“裂纹偏转”。这种利用射流自身能量来对抗射流的机制，使得乔巴姆效应可与爆炸反应装甲相媲美。

这种效果不应与非爆炸反应装甲中应用的效果混淆：后者是在两层装甲板之间夹入惰性但柔软的弹性材料，例如橡胶。当第一层装甲板被击穿后，橡胶层被穿透时，无论是成形射流还是尾翼稳定脱壳穿甲弹（APFSDS）或动能长杆穿甲弹，产生的冲击都会导致橡胶变形膨胀，从而导致前后两层装甲板都变形。这两种攻击方式都会阻碍其预期路径，因此实际穿透的装甲厚度会大于标称厚度，从而降低穿透力。此外，对于长杆穿甲弹，变形产生的横向力可能导致长杆断裂、弯曲或改变路径，同样会降低穿透力。

所有版本的乔巴姆装甲都采用了大量的非爆炸反应装甲（NERA）板，并在NERA板前方（旨在保护NERA元件并在穿甲弹与NERA接触前将其破坏）和/或后方（旨在拦截被前板和NERA板击碎或破坏的长杆弹或HEAT弹射流的碎片）加装了硬质装甲。这也是采用平板式或楔形炮塔的另一个优势：当展开的装甲板更接近于与攻击方向平行时，它们推入攻击路径的材料量就会增加。

迄今为止，很少有乔巴姆装甲武装的坦克在战斗中被敌军火力击毁；由于此类坦克的陶瓷模块防护程度尚未公开，因此很难确定个别坦克损失案例对确定乔巴姆装甲防护性能的意义。

2003年第二次伊拉克战争期间，一辆挑战者2坦克在巴士拉与伊拉克军队交战时陷入沟渠。车内成员安全待了数小时，伯灵顿LV2复合装甲保护他们免受敌方火力攻击，包括多枚火箭弹的袭击。

## 构造

早期M1艾布拉姆斯特种装甲的配置。从左上角顺时针方向：车体前部、带乔巴姆三层装甲板的炮塔尾舱、带三层装甲板的车体侧面、炮盾。

陶瓷片存在多重冲击能力的问题，即它们无法承受连续冲击而不迅速丧失大部分防护性能。为最大限度地减少这种影响，甲片做得尽可能小，但基体元件的最小实用厚度约为25毫米（约1英寸），甲片提供的覆盖率会变得不利，因此实际尺寸限制在直径约10厘米（约4英寸）处。小型六边形或正方形陶瓷片由基体包裹，方法是通过等静压将其压入加热的基体中，或者用环氧树脂粘合。1990年代初以来，业界已经知道，通过基体对甲片施加持续压力可显著提高其对动能穿甲弹的抵抗力，而使用粘合剂则难以实现这一点。

基体必须由背板支撑，这样既能从背面加固陶瓷片，又能防止金属基体在动能冲击下变形。通常，背板的质量约为复合基体的一半。该组件再次连接到弹性层上。这些弹性层可以吸收部分冲击力，但其主要功能是通过保护复合基体免受振动影响来延长其使用寿命。根据可用空间，可以堆叠多个组件；这样，装甲就可以模块化、可更换，并更好地适应各种战术情况。如今，典型组件的厚度约为五到六厘米。早期的组件，即所谓的穿透深度（DOP）基体，厚度更大。陶瓷防护性能的相对界面失效分量远大于钢制装甲。再次使用多个较薄的矩阵可以增大整个装甲组件的体积，这种效果类似于使用高硬度钢和较软钢交替层，这是现代苏联坦克的首上装甲的典型特征。

陶瓷片倾斜装甲几乎没有优势，因为韧性不足以显著偏转重型穿甲弹的攻击。事实上，由于一次擦伤就可能使多块甲片破裂，因此甲片的排列方式旨在最大程度地提高垂直命中的概率，这与传统装甲的设计理念截然相反。通常情况下，在相同的面积密度下，垂直排列的陶瓷装甲比倾斜排列的防护性能更好，因为裂纹会沿着装甲板的表面法线方向扩展。安装乔巴姆装甲的坦克炮塔通常呈平板状，而不是圆形。

背板将冲击能量以更大的锥形反射回甲片。这可以耗散能量，限制甲片断裂，但也意味着更大的区域会受到损坏。在瓷砖表面涂覆一层延展性强的薄石墨层，可以减少反射能量引起的剥落。石墨层能够吸收能量，而不会像金属面板那样使其强烈反弹。

受压甲片受到的冲击力要小得多；在这种情况下，使用金属面板可以让瓷砖也受到垂直方向的压缩，从而起到有利作用。受限的甲片反而会加固金属面板，这与通常的情况正好相反。

陶瓷装甲的技术发展是一个渐进的过程：陶瓷片本身易受低能量冲击，最初通过将其粘合到背板上进行加固；1990年代，通过沿两个轴向施加压缩力来提高其抗冲击性；在最后阶段，增加了第三个压缩轴以优化抗冲击性。为约束陶瓷芯，除了传统的机械加工和焊接外，还采用了多种先进技术，包括将悬浮材料烧结在芯周围；将熔融金属挤压铸造在芯周围；以及将熔融金属喷涂到陶瓷片上。

### 材料

多年来，人们开发出了更新、更坚韧的复合材料，其防护性能约为最初纯陶瓷的五倍，其中最好的复合材料的防护性能约为同等重量钢板的五倍。这些复合材料通常是几种陶瓷材料的混合物，或是将陶瓷化合物嵌入金属基体中的金属基复合材料。最新的研究进展是利用碳纳米管进一步提高韧性。用于此类装甲的商业化生产或研究的陶瓷材料包括碳化硼、碳化硅、氧化铝（蓝宝石或“氧化铝”）、氮化铝、硼化钛和合成钻石复合材料Syndite。其中，碳化硼硬度最高、重量最轻，但也最昂贵、最脆。如今，碳化硼复合材料是制造防护小型弹丸的陶瓷板的首选材料，例如用于防弹衣和装甲直升机的陶瓷板；这在1960年代初是陶瓷装甲的首次广泛应用。与碳化硼相比，碳化硅更适合抵御大型弹丸的攻击，因为碳化硼在受到速度超过850m/s的弹丸冲击时会发生相变。陶瓷材料可通过无压烧结或热压成型。由于需要高密度，因此必须最大限度地减少最终部件的残余孔隙率。

钛合金基体的生产成本非常高，但钛合金因其轻质、高强度和耐腐蚀性（腐蚀是一个持续存在的问题）而备受青睐。

背板可由钢制成，但由于其主要功能是提高组件的稳定性和刚度，因此在仅用于抵御轻型反坦克武器的轻型装甲战斗车辆（AFV）中，铝制背板重量更轻。可变形复合材料背板可以兼具金属背板和弹性层的功能。

### 重金属模块

早期西方坦克采用乔巴姆装甲时，其装甲结构经过优化，旨在抵御成形装药弹，因为当时制导导弹被视为最大的威胁。然而，到了1980年代，他们开始面对苏联改进型的3BM-32和3BM-42动能穿甲弹，而陶瓷装甲对这类弹丸的防护效果并不理想：最初的陶瓷装甲对穿甲弹的防护能力约为对高爆反坦克（HEAT）弹防护能力的三分之一；而最新的复合材料装甲的防护能力则约为十分之一。以3BM-42为例，这是一种分段式弹丸，其前段弹丸会牺牲一部分来扩张击破装甲阵列前方的非爆炸反应装甲（NERA），从而为后段弹丸留下一个孔洞，使其能够以最大效率击穿陶瓷装甲。因此，许多现代坦克设计都增加了重金属层，以提高整体装甲的密度。

更高效的陶瓷复合材料的引入使得装甲外壳内的金属层厚度可以增加：在复合基体提供一定防护水平的前提下，金属层可以做得更薄。由于这些金属层的密度高于复合材料阵列的其他部分，因此增加其厚度需要减少车辆非关键区域的装甲厚度。这种材料通常构成位于成本更高的基体下方的内层，以防止金属层在发生强烈变形但未能阻挡穿甲弹的情况下对基体造成严重损坏。陶瓷复合材料也可以用作基体本身的背板，但这会降低装甲系统的模块化程度，从而影响其战术适应性：陶瓷模块和金属模块将无法再独立更换。此外，由于其极高的硬度，金属层的变形能力不足，会将过多的冲击能量以过大的锥形反射到陶瓷片上，造成进一步的损坏。采用的金属包括挑战者2使用的钨合金，或者，在 M1A1HA（重型装甲）和后来的美国坦克型号中，使用的贫铀合金。一些公司提供碳化钛模块。

这些金属模块的工作原理类似于格栅装甲（通常采用垂直杆），其内部众多的膨胀空间可在保持防护性能基本不变的情况下，将重量减轻多达三分之一。根据描述，M1的贫铀合金“排列成一种装甲基体”，而单个模块则是“不锈钢外壳包裹着一层（可能一到两英寸厚）贫铀，贫铀编织成金属丝网毯”。

未配备乔巴姆装甲的坦克也安装了此类模块。复合基体与重金属模块的组合有时被非正式地称为“第二代乔巴姆装甲”。

## 研发和应用

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陶瓷装甲的概念可追溯到1918年，当时内维尔·门罗·霍普金斯少校发现，如果在弹道钢板上覆盖一层薄薄的（1-2毫米）珐琅层，则该钢板的抗穿透能力会大大增强。此外，德国人在第一次世界大战期间也对陶瓷装甲进行了试验。

自1960年代初以来，美国开展了大量研究项目，旨在探索将复合陶瓷材料应用于载具装甲的前景。这项研究主要集中于使用碳化硅晶须增强的铝基复合材料，并将其制成大尺寸薄片。这些增强的轻金属薄片将被夹在钢板之间。这种结构具有良好的多重命中防护能力，并且可以弯曲，从而使主装甲受益于倾斜装甲效应。然而，这种高金属含量的复合材料的主要目的是在给定装甲重量下提高对动能穿甲弹的防护能力；其对成形装药攻击的性能一般，需要通过层压间隔装甲效应来改进，正如德国在MBT-70联合项目中研究的那样。

美国开发的一种替代技术基于在主装甲中插入玻璃模块；虽然这种设计能更好地抵御成形装药弹的攻击，但其多发弹道防护能力较差。1950年代末，苏联为T-64的430工程原型车研发了一种类似的在钢制主装甲中嵌入玻璃嵌件的系统；后来，该系统发展成为“组合K”，在二氧化硅嵌件中混合了陶瓷化合物，与同等重量的钢装甲相比，其对成形装药弹和动能穿甲弹的防护能力提高了约50%。之后，该系统经过多次改进，应用于许多后续苏联主战坦克的首上装甲。在最初西方对其真实性质进行猜测之后，随着1991年苏联解体和市场经济的引入，俄罗斯工业被迫通过强调其优点来寻找新的客户，这种装甲的特性才得以揭示。如今，这种装甲很少被称为乔巴姆装甲。一种与乔巴姆装甲更为相似的特种装甲于1983年以BDD的名称出现在T-62M改进型上，该坦克是对T-62的升级版。1986年，这种装甲首次集成到T-72B的装甲阵列中，此后一直是所有苏联/俄罗斯主战坦克的标配。最初的BDD装甲直接安装在T-72坦克的铸钢炮塔内，因此需要将炮塔吊起才能进行维修。

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在英国，另一项陶瓷装甲研发工作始于1960年代初，旨在改进酋长坦克现有的铸造炮塔结构，该结构已经提供了出色的重型穿甲弹防护；因此，由吉尔伯特·哈维领导的战斗车辆研究与发展机构 (FVRDE) 的研究团队，其研究重点在优化陶瓷复合材料系统，以抵御成形装药弹的攻击。英国的系统由蜂窝状基体组成，基体上铺设有陶瓷片，并以弹道尼龙作为背衬，放置在铸造主装甲之上。1973年7月，MBT-70项目失败后，为了给XM815坦克原型车寻找一种新型装甲，一个美国代表团访问了乔巴姆公共地，了解英国的系统，该系统的研发当时耗资约600万英镑；早在1965年和1968年，相关信息就已泄露给美国。美国对这种装甲的卓越性能印象深刻，它结合了成形装药防护和穿甲弹冲击损伤限制，而这正是甲片装甲原理的精髓所在。位于阿伯丁试验场的弹道研究实验室（后并入陆军研究实验室）于当年启动了名为伯灵顿的改进型装甲研发，以适应美国的具体情况。该改进型的特点是预计坦克产量更高，并且采用了更薄的轧制钢主装甲。1973年10月的赎罪日战争表明，新一代苏联制导导弹配备了成形装药战斗部，对以色列构成了日益严重的威胁。当时，即使是老一代的导弹也给以色列造成了相当大的坦克损失。鉴于此，伯灵顿装甲成为XM1（后更名为XM815）原型车装甲配置的首选。

然而，1974年12月11日，德意志联邦共和国和美国签署了一份关于未来共同生产主战坦克的谅解备忘录；这使得乔巴姆装甲的应用取决于最终选择的坦克型号。1974年初，美国曾要求德国重新设计现有的豹2原型车，他们认为这些原型车的装甲太薄，并建议采用伯灵顿装甲，德国早在1970年3月就已获悉该型号装甲；然而，德国在1974年启动了一项新的装甲研发计划作为回应。他们已经设计出一套他们认为能够有效抵御成形装药的装甲系统，该系统由多层间隙装甲构成。因此，他们明确将重点放在提升动能穿甲弹的防护能力上，并将该系统改造为格栅金属模块装甲。他们曾考虑过加入伯灵顿装甲的改进方案，在各个缝隙中嵌入陶瓷嵌件，但由于这将使车辆重量超过60吨，而当时美军和美军都认为这个重量难以承受，因此该方案被否决。1974年夏天，美国陆军面临着在德国系统和他们自己的伯灵顿装甲之间做出选择。由于伯灵顿装甲相对于钢制装甲在抵御动能穿甲弹方面并没有重量优势，这使得决策更加艰难：整个装甲系统对动能穿甲弹的等效轧压均质装甲厚度约为350毫米（相比之下，对成形装药的等效轧压均质装甲厚度约为700毫米）。由于未能达成共识，克雷顿·艾布兰将军亲自决定采用伯灵顿装甲。最终，各军种都采购了各自国家的坦克设计，通用坦克项目在1976年失败。1978年2月，第一批由伯灵顿公司保护的坦克离开工厂，克莱斯勒公司向美国陆军交付了11辆M1坦克中的第一辆。

除了这些国家项目外，1970年代美国的私营企业也开发了陶瓷装甲，例如诺顿公司防护产品部门生产的Noroc装甲，它由碳化硼板和树脂粘合的玻璃布组成。

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在英国，乔巴姆装甲的应用因几个先进坦克项目的失败而受阻：首先是德英联合研制的主战坦克项目；然后是完全由英国自主研发的MBT-80项目。早在1969年，就已下达了准备在1975年应用乔巴姆装甲技术的指令。通过对一种可能采用乔巴姆装甲的轻型MICV的研究表明，一种全新的设计方案，仅在最脆弱的正面和侧面使用乔巴姆装甲（因此无需底层钢制主装甲），在对动能弹药提供相同防护水平的情况下，重量可以减轻10%。但为了控制成本，决定首先以传统的酋长式坦克为基础进行设计。原型车FV 4211，又称“铝制酋长”，加装了焊接的铝制附加装甲，本质上是在车体前部以及炮塔正面和侧面形成一个箱体，用于容纳陶瓷模块。该箱体50毫米厚的内壁由于相对较软，可作为陶瓷模块的背板。铝制附加装甲的额外重量控制在两吨以内，并且事实证明它不像最初担心的那样容易开裂。伊朗订购了十辆测试车，但由于更先进的项目，该项目被取消，只建造了最初的那辆。然而，伊朗政府订购了1225辆升级版的酋长坦克——希尔-2型（FV 4030/3），该坦克采用了相同的技术，即在主铸造装甲上加装乔巴姆装甲，总重量达到62吨。1979年2月，由于伊朗伊斯兰革命，这笔订单被取消。英国政府迫于压力，需要对其坦克部队进行现代化改造，以保持相对于苏联坦克部队的质量优势。于是，英国政府决定利用突然出现的剩余产能，采购一批在设计上与希尔-2非常接近的车辆，称为挑战者1。1983年4月12日，第一辆由乔巴姆装甲保护的英国坦克交付给了皇家骠骑兵团。

自1966年起，法国GIAT工业公司开展了一系列旨在研发轻型车辆陶瓷装甲的实验。1970年，该公司研发出了CERALU系统，该系统由铝背衬氧化铝构成，可焊接在车辆上，与钢板相比，在抵御弹道威胁方面重量效率提高了50%。改进后的版本后来被应用于直升机座椅。

最新版本的乔巴姆装甲用于挑战者2型坦克（被称为多切斯特装甲），以及（尽管成分很可能有所不同）M1艾布拉姆斯系列坦克。根据官方资料，M1艾布拉姆斯目前采用的是碳化硅甲片进行防护。考虑到早期M1坦克公开宣称的防护等级：对尾翼稳定脱壳穿甲弹（APFSDS）动能穿甲弹的防护能力相当于350毫米钢制装甲，它似乎配备的是氧化铝甲片。

尽管常有人声称并非如此，但豹2坦克的最初量产型号并未采用乔巴姆装甲，而是采用了间隙装甲和格栅装甲的组合结构，这种结构在采购、维护和更换方面都比陶瓷装甲系统更经济。对于许多现代坦克，例如意大利的公羊，目前尚不清楚它们使用的是哪种装甲。1980年代，装甲设计普遍从陶瓷装甲转向间隙装甲，但即使是1970年代的许多坦克，例如豹1A3和A4、法国的AMX-32和AMX-40原型车，也使用了后一种装甲系统；勒克莱尔则采用了改进型的间隙装甲。

## 未来

英国陆军的挑战者3是挑战者2的后继型号，将采用埃普索姆装甲。

## 延伸阅读

Jeffrey J. Swab (Editor), Dongming Zhu (General Editor), Waltraud M. Kriven (General Editor); Advances in Ceramic Armor: A Collection of Papers Presented at the 29th International Conference on Advanced Ceramics and Composites, 2005-01-23~2005-01-28, Cocoa Beach, Florida, Ceramic Engineering and Science Proceedings, Volume 26, Number 7;