喬巴姆裝甲

喬巴姆裝甲是1960年代由軍事車輛與工程研究院（位於徹特西喬巴姆巷的英格蘭坦克研究機構）研發的一種複合裝甲。喬巴姆裝甲名稱只是其非正式名稱。此後，該名稱已成為複合陶瓷載具裝甲的通用名稱。喬巴姆裝甲的其他非正式名稱包括伯靈頓裝甲和多切斯特裝甲。特種裝甲是一個更廣泛的非正式術語，指的是任何由夾層反應板構成的裝甲結構，包括喬巴姆裝甲。

在英國國防部內部，喬巴姆通常特指非爆炸反應裝甲和陶瓷複合材料，而多切斯特通常指附加裝甲組件，主要由爆炸反應裝甲和間隙裝甲組成，儘管在口語中，這兩者經常混用。

儘管喬巴姆裝甲的結構細節仍屬機密，但據描述，它由包裹在金屬框架內的陶瓷片組成，並粘合到背板和幾層彈性材料上。由於所用陶瓷的硬度極高，這種裝甲對高爆反坦克（HEAT）彈等成形裝藥具有卓越的抵抗力，並能擊碎動能穿甲彈。

這種裝甲最初是在英格蘭原型車FV4211的研發過程中進行測試的，並首次應用於美國M1的預生產型。目前公開的裝備這種裝甲的坦克只有M1艾布拉姆斯、挑戰者1、挑戰者2和K1 88坦克。承載陶瓷的框架通常以大塊材料製造，這些坦克，尤其是它們的炮塔，故而呈現出獨特的傾斜外觀。

## 防護性能

由於所用陶瓷的硬度極高，這些陶瓷塊能有效抵抗成形射流的衝擊，並能擊碎動能穿甲彈。粉碎後的陶瓷還能強烈磨損任何穿甲彈。對於較輕的彈丸，瓷磚的硬度會產生一種破碎間隙效應：在一定速度範圍內（即間隙），更高的速度不會導致更深的穿透，而是直接摧毀彈丸。

由於陶瓷極脆，成形射流的入口通道並不像穿透金屬時那樣光滑，而是崎嶇不平，導致極度不對稱的壓力，從而擾亂射流的幾何形狀（由於其質量相對較小，射流的穿透能力至關重要）。這會引發惡性循環：受擾動的射流會在陶瓷中造成更大的不規則性，最終導致射流失效。新型複合材料雖然更堅韌，但通過優化其層狀內部結構來增強這種效應，從而產生「裂紋偏轉」。這種利用射流自身能量來對抗射流的機制，使得喬巴姆效應可與爆炸反應裝甲相媲美。

這種效果不應與非爆炸反應裝甲中應用的效果混淆：後者是在兩層裝甲板之間夾入惰性但柔軟的彈性材料，例如橡膠。當第一層裝甲板被擊穿後，橡膠層被穿透時，無論是成形射流還是尾翼穩定脫殼穿甲彈（APFSDS）或動能長杆穿甲彈，產生的衝擊都會導致橡膠變形膨脹，從而導致前後兩層裝甲板都變形。這兩種攻擊方式都會阻礙其預期路徑，因此實際穿透的裝甲厚度會大於標稱厚度，從而降低穿透力。此外，對於長杆穿甲彈，變形產生的橫向力可能導致長杆斷裂、彎曲或改變路徑，同樣會降低穿透力。

所有版本的喬巴姆裝甲都採用了大量的非爆炸反應裝甲（NERA）板，並在NERA板前方（旨在保護NERA元件並在穿甲彈與NERA接觸前將其破壞）和/或後方（旨在攔截被前板和NERA板擊碎或破壞的長杆彈或HEAT彈射流的碎片）加裝了硬質裝甲。這也是採用平板式或楔形炮塔的另一個優勢：當展開的裝甲板更接近於與攻擊方向平行時，它們推入攻擊路徑的材料量就會增加。

迄今為止，很少有喬巴姆裝甲武裝的坦克在戰鬥中被敵軍火力擊毀；由於此類坦克的陶瓷模塊防護程度尚未公開，因此很難確定個別坦克損失案例對確定喬巴姆裝甲防護性能的意義。

2003年第二次伊拉克戰爭期間，一輛挑戰者2坦克在巴斯拉與伊拉克軍隊交戰時陷入溝渠。車內成員安全待了數小時，伯靈頓LV2複合裝甲保護他們免受敵方火力攻擊，包括多枚火箭彈的襲擊。

## 構造

早期M1艾布拉姆斯特種裝甲的配置。從左上角順時針方向：車體前部、帶喬巴姆三層裝甲板的炮塔尾艙、帶三層裝甲板的車體側面、炮盾。

陶瓷片存在多重衝擊能力的問題，即它們無法承受連續衝擊而不迅速喪失大部分防護性能。為最大限度地減少這種影響，甲片做得儘可能小，但基體元件的最小實用厚度約為25毫米（約1英寸），甲片提供的覆蓋率會變得不利，因此實際尺寸限制在直徑約10厘米（約4英寸）處。小型六邊形或正方形陶瓷片由基體包裹，方法是通過等靜壓將其壓入加熱的基體中，或者用環氧樹脂粘合。1990年代初以來，業界已經知道，通過基體對甲片施加持續壓力可顯著提高其對動能穿甲彈的抵抗力，而使用粘合劑則難以實現這一點。

基體必須由背板支撐，這樣既能從背面加固陶瓷片，又能防止金屬基體在動能衝擊下變形。通常，背板的質量約為複合基體的一半。該組件再次連接到彈性層上。這些彈性層可以吸收部分衝擊力，但其主要功能是通過保護複合基體免受振動影響來延長其使用壽命。根據可用空間，可以堆疊多個組件；這樣，裝甲就可以模塊化、可更換，並更好地適應各種戰術情況。如今，典型組件的厚度約為五到六厘米。早期的組件，即所謂的穿透深度（DOP）基體，厚度更大。陶瓷防護性能的相對界面失效分量遠大於鋼製裝甲。再次使用多個較薄的矩陣可以增大整個裝甲組件的體積，這種效果類似於使用高硬度鋼和較軟鋼交替層，這是現代蘇聯坦克的首上裝甲的典型特徵。

陶瓷片傾斜裝甲幾乎沒有優勢，因為韌性不足以顯著偏轉重型穿甲彈的攻擊。事實上，由於一次擦傷就可能使多塊甲片破裂，因此甲片的排列方式旨在最大程度地提高垂直命中的機率，這與傳統裝甲的設計理念截然相反。通常情況下，在相同的面積密度下，垂直排列的陶瓷裝甲比傾斜排列的防護性能更好，因為裂紋會沿著裝甲板的表面法線方向擴展。安裝喬巴姆裝甲的坦克炮塔通常呈平板狀，而不是圓形。

背板將衝擊能量以更大的錐形反射回甲片。這可以耗散能量，限制甲片斷裂，但也意味著更大的區域會受到損壞。在瓷磚表面塗覆一層延展性強的薄石墨層，可以減少反射能量引起的剝落。石墨層能夠吸收能量，而不會像金屬面板那樣使其強烈反彈。

受壓甲片受到的衝擊力要小得多；在這種情況下，使用金屬面板可以讓瓷磚也受到垂直方向的壓縮，從而起到有利作用。受限的甲片反而會加固金屬面板，這與通常的情況正好相反。

陶瓷裝甲的技術發展是一個漸進的過程：陶瓷片本身易受低能量衝擊，最初通過將其粘合到背板上進行加固；1990年代，通過沿兩個軸向施加壓縮力來提高其抗衝擊性；在最後階段，增加了第三個壓縮軸以優化抗衝擊性。為約束陶瓷芯，除了傳統的機械加工和焊接外，還採用了多種先進技術，包括將懸浮材料燒結在芯周圍；將熔融金屬擠壓鑄造在芯周圍；以及將熔融金屬噴塗到陶瓷片上。

### 材料

多年來，人們開發出了更新、更堅韌的複合材料，其防護性能約為最初純陶瓷的五倍，其中最好的複合材料的防護性能約為同等重量鋼板的五倍。這些複合材料通常是幾種陶瓷材料的混合物，或是將陶瓷化合物嵌入金屬基體中的金屬基複合材料。最新的研究進展是利用碳納米管進一步提高韌性。用於此類裝甲的商業化生產或研究的陶瓷材料包括碳化硼、碳化矽、氧化鋁（藍寶石或「氧化鋁」）、氮化鋁、硼化鈦和合成鑽石複合材料Syndite。其中，碳化硼硬度最高、重量最輕，但也最昂貴、最脆。如今，碳化硼複合材料是製造防護小型彈丸的陶瓷板的首選材料，例如用於防彈衣和裝甲直升機的陶瓷板；這在1960年代初是陶瓷裝甲的首次廣泛應用。與碳化硼相比，碳化矽更適合抵禦大型彈丸的攻擊，因為碳化硼在受到速度超過850m/s的彈丸衝擊時會發生相變。陶瓷材料可通過無壓燒結或熱壓成型。由於需要高密度，因此必須最大限度地減少最終部件的殘餘孔隙率。

鈦合金基體的生產成本非常高，但鈦合金因其輕質、高強度和耐腐蝕性（腐蝕是一個持續存在的問題）而備受青睞。

背板可由鋼製成，但由於其主要功能是提高組件的穩定性和剛度，因此在僅用於抵禦輕型反坦克武器的輕型裝甲戰鬥車輛（AFV）中，鋁製背板重量更輕。可變形複合材料背板可以兼具金屬背板和彈性層的功能。

### 重金屬模塊

早期西方坦克採用喬巴姆裝甲時，其裝甲結構經過優化，旨在抵禦成形裝藥彈，因為當時制導飛彈被視為最大的威脅。然而，到了1980年代，他們開始面對蘇聯改進型的3BM-32和3BM-42動能穿甲彈，而陶瓷裝甲對這類彈丸的防護效果並不理想：最初的陶瓷裝甲對穿甲彈的防護能力約為對高爆反坦克（HEAT）彈防護能力的三分之一；而最新的複合材料裝甲的防護能力則約為十分之一。以3BM-42為例，這是一種分段式彈丸，其前段彈丸會犧牲一部分來擴張擊破裝甲陣列前方的非爆炸反應裝甲（NERA），從而為後段彈丸留下一個孔洞，使其能夠以最大效率擊穿陶瓷裝甲。因此，許多現代坦克設計都增加了重金屬層，以提高整體裝甲的密度。

更高效的陶瓷複合材料的引入使得裝甲外殼內的金屬層厚度可以增加：在複合基體提供一定防護水平的前提下，金屬層可以做得更薄。由於這些金屬層的密度高於複合材料陣列的其他部分，因此增加其厚度需要減少車輛非關鍵區域的裝甲厚度。這種材料通常構成位於成本更高的基體下方的內層，以防止金屬層在發生強烈變形但未能阻擋穿甲彈的情況下對基體造成嚴重損壞。陶瓷複合材料也可以用作基體本身的背板，但這會降低裝甲系統的模塊化程度，從而影響其戰術適應性：陶瓷模塊和金屬模塊將無法再獨立更換。此外，由於其極高的硬度，金屬層的變形能力不足，會將過多的衝擊能量以過大的錐形反射到陶瓷片上，造成進一步的損壞。採用的金屬包括挑戰者2使用的鎢合金，或者，在 M1A1HA（重型裝甲）和後來的美國坦克型號中，使用的貧鈾合金。一些公司提供碳化鈦模塊。

這些金屬模塊的工作原理類似于格柵裝甲（通常採用垂直杆），其內部眾多的膨脹空間可在保持防護性能基本不變的情況下，將重量減輕多達三分之一。根據描述，M1的貧鈾合金「排列成一種裝甲基體」，而單個模塊則是「不鏽鋼外殼包裹著一層（可能一到兩英寸厚）貧鈾，貧鈾編織成金屬絲網毯」。

未配備喬巴姆裝甲的坦克也安裝了此類模塊。複合基體與重金屬模塊的組合有時被非正式地稱為「第二代喬巴姆裝甲」。

## 研發和應用

陶瓷裝甲的概念可追溯到1918年，當時內維爾·門羅·霍普金斯少校發現，如果在彈道鋼板上覆蓋一層薄薄的（1-2毫米）琺瑯層，則該鋼板的抗穿透能力會大大增強。此外，德國人在第一次世界大戰期間也對陶瓷裝甲進行了試驗。

自1960年代初以來，美國開展了大量研究項目，旨在探索將複合陶瓷材料應用於載具裝甲的前景。這項研究主要集中於使用碳化矽晶須增強的鋁基複合材料，並將其製成大尺寸薄片。這些增強的輕金屬薄片將被夾在鋼板之間。這種結構具有良好的多重命中防護能力，並且可以彎曲，從而使主裝甲受益於傾斜裝甲效應。然而，這種高金屬含量的複合材料的主要目的是在給定裝甲重量下提高對動能穿甲彈的防護能力；其對成形裝藥攻擊的性能一般，需要通過層壓間隔裝甲效應來改進，正如德國在MBT-70聯合項目中研究的那樣。

美國開發的一種替代技術基於在主裝甲中插入玻璃模塊；雖然這種設計能更好地抵禦成形裝藥彈的攻擊，但其多發彈道防護能力較差。1950年代末，蘇聯為T-64的430工程原型車研發了一種類似的在鋼製主裝甲中嵌入玻璃嵌件的系統；後來，該系統發展成為「組合K」，在二氧化矽嵌件中混合了陶瓷化合物，與同等重量的鋼裝甲相比，其對成形裝藥彈和動能穿甲彈的防護能力提高了約50%。之後，該系統經過多次改進，應用於許多後續蘇聯主戰坦克的首上裝甲。在最初西方對其真實性質進行猜測之後，隨著1991年蘇聯解體和市場經濟的引入，俄羅斯工業被迫通過強調其優點來尋找新的客戶，這種裝甲的特性才得以揭示。如今，這種裝甲很少被稱為喬巴姆裝甲。一種與喬巴姆裝甲更為相似的特種裝甲於1983年以BDD的名稱出現在T-62M改進型上，該坦克是對T-62的升級版。1986年，這種裝甲首次集成到T-72B的裝甲陣列中，此後一直是所有蘇聯/俄羅斯主戰坦克的標配。最初的BDD裝甲直接安裝在T-72坦克的鑄鋼炮塔內，因此需要將炮塔吊起才能進行維修。

在英國，另一項陶瓷裝甲研發工作始於1960年代初，旨在改進酋長坦克現有的鑄造炮塔結構，該結構已經提供了出色的重型穿甲彈防護；因此，由吉爾伯特·哈維領導的戰鬥車輛研究與發展機構 (FVRDE) 的研究團隊，其研究重點在優化陶瓷複合材料系統，以抵禦成形裝藥彈的攻擊。英國的系統由蜂窩狀基體組成，基體上鋪設有陶瓷片，並以彈道尼龍作為背襯，放置在鑄造主裝甲之上。1973年7月，MBT-70項目失敗後，為了給XM815坦克原型車尋找一種新型裝甲，一個美國代表團訪問了喬巴姆公共地，了解英國的系統，該系統的研發當時耗資約600萬英鎊；早在1965年和1968年，相關資訊就已洩露給美國。美國對這種裝甲的卓越性能印象深刻，它結合了成形裝藥防護和穿甲彈衝擊損傷限制，而這正是甲片裝甲原理的精髓所在。位於阿伯丁試驗場的彈道研究實驗室（後併入陸軍研究實驗室）於當年啟動了名為伯靈頓的改進型裝甲研發，以適應美國的具體情況。該改進型的特點是預計坦克產量更高，並且採用了更薄的軋制鋼主裝甲。1973年10月的贖罪日戰爭表明，新一代蘇聯制導飛彈配備了成形裝藥戰鬥部，對以色列構成了日益嚴重的威脅。當時，即使是老一代的飛彈也給以色列造成了相當大的坦克損失。鑑於此，伯靈頓裝甲成為XM1（後更名為XM815）原型車裝甲配置的首選。

然而，1974年12月11日，德意志聯邦共和國和美國簽署了一份關於未來共同生產主戰坦克的諒解備忘錄；這使得喬巴姆裝甲的應用取決於最終選擇的坦克型號。1974年初，美國曾要求德國重新設計現有的豹2原型車，他們認為這些原型車的裝甲太薄，並建議採用伯靈頓裝甲，德國早在1970年3月就已獲悉該型號裝甲；然而，德國在1974年啟動了一項新的裝甲研發計劃作為回應。他們已經設計出一套他們認為能夠有效抵禦成形裝藥的裝甲系統，該系統由多層間隙裝甲構成。因此，他們明確將重點放在提升動能穿甲彈的防護能力上，並將該系統改造為格柵金屬模塊裝甲。他們曾考慮過加入伯靈頓裝甲的改進方案，在各個縫隙中嵌入陶瓷嵌件，但由於這將使車輛重量超過60噸，而當時美軍和美軍都認為這個重量難以承受，因此該方案被否決。1974年夏天，美國陸軍面臨著在德國系統和他們自己的伯靈頓裝甲之間做出選擇。由於伯靈頓裝甲相對於鋼製裝甲在抵禦動能穿甲彈方面並沒有重量優勢，這使得決策更加艱難：整個裝甲系統對動能穿甲彈的等效軋壓均質裝甲厚度約為350毫米（相比之下，對成形裝藥的等效軋壓均質裝甲厚度約為700毫米）。由於未能達成共識，克雷頓·艾布蘭將軍親自決定採用伯靈頓裝甲。最終，各軍種都採購了各自國家的坦克設計，通用坦克項目在1976年失敗。1978年2月，第一批由伯靈頓公司保護的坦克離開工廠，克萊斯勒公司向美國陸軍交付了11輛M1坦克中的第一輛。

除了這些國家項目外，1970年代美國的私營企業也開發了陶瓷裝甲，例如諾頓公司防護產品部門生產的Noroc裝甲，它由碳化硼板和樹脂粘合的玻璃布組成。

在英國，喬巴姆裝甲的應用因幾個先進坦克項目的失敗而受阻：首先是德英聯合研製的主戰坦克項目；然後是完全由英國自主研發的MBT-80項目。早在1969年，就已下達了準備在1975年應用喬巴姆裝甲技術的指令。通過對一種可能採用喬巴姆裝甲的輕型MICV的研究表明，一種全新的設計方案，僅在最脆弱的正面和側面使用喬巴姆裝甲（因此無需底層鋼製主裝甲），在對動能彈藥提供相同防護水平的情況下，重量可以減輕10%。但為了控制成本，決定首先以傳統的酋長式坦克為基礎進行設計。原型車FV 4211，又稱「鋁製酋長」，加裝了焊接的鋁製附加裝甲，本質上是在車體前部以及炮塔正面和側面形成一個箱體，用於容納陶瓷模塊。該箱體50毫米厚的內壁由於相對較軟，可作為陶瓷模塊的背板。鋁製附加裝甲的額外重量控制在兩噸以內，並且事實證明它不像最初擔心的那樣容易開裂。伊朗訂購了十輛測試車，但由於更先進的項目，該項目被取消，只建造了最初的那輛。然而，伊朗政府訂購了1225輛升級版的酋長坦克——希爾-2型（FV 4030/3），該坦克採用了相同的技術，即在主鑄造裝甲上加裝喬巴姆裝甲，總重量達到62噸。1979年2月，由於伊朗伊斯蘭革命，這筆訂單被取消。英國政府迫於壓力，需要對其坦克部隊進行現代化改造，以保持相對於蘇聯坦克部隊的質量優勢。於是，英國政府決定利用突然出現的剩餘產能，採購一批在設計上與希爾-2非常接近的車輛，稱為挑戰者1。1983年4月12日，第一輛由喬巴姆裝甲保護的英國坦克交付給了皇家驃騎兵團。

自1966年起，法國GIAT工業公司開展了一系列旨在研發輕型車輛陶瓷裝甲的實驗。1970年，該公司研發出了CERALU系統，該系統由鋁背襯氧化鋁構成，可焊接在車輛上，與鋼板相比，在抵禦彈道威脅方面重量效率提高了50%。改進後的版本後來被應用於直升機座椅。

最新版本的喬巴姆裝甲用於挑戰者2型坦克（被稱為多切斯特裝甲），以及（儘管成分很可能有所不同）M1艾布拉姆斯系列坦克。根據官方資料，M1艾布拉姆斯目前採用的是碳化矽甲片進行防護。考慮到早期M1坦克公開宣稱的防護等級：對尾翼穩定脫殼穿甲彈（APFSDS）動能穿甲彈的防護能力相當於350毫米鋼製裝甲，它似乎配備的是氧化鋁甲片。

儘管常有人聲稱並非如此，但豹2坦克的最初量產型號並未採用喬巴姆裝甲，而是採用了間隙裝甲和格柵裝甲的組合結構，這種結構在採購、維護和更換方面都比陶瓷裝甲系統更經濟。對於許多現代坦克，例如義大利的公羊，目前尚不清楚它們使用的是哪種裝甲。1980年代，裝甲設計普遍從陶瓷裝甲轉向間隙裝甲，但即使是1970年代的許多坦克，例如豹1A3和A4、法國的AMX-32和AMX-40原型車，也使用了後一種裝甲系統；勒克萊爾則採用了改進型的間隙裝甲。

## 未來

英國陸軍的挑戰者3是挑戰者2的後繼型號，將採用埃普索姆裝甲。

## 延伸閱讀

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;