战争中主动出击与自我保护：装甲坦克与战斗机的防御与攻击核心元素解析

战争中既要主动出击，又要保护自我。人体自身的防御材料的核心元素往往也是攻击材料的核心元素，装甲坦克的防御材料的核心元素往往也是攻击材料的核心元素，战斗机的防御材料的核心元素往往也是攻击材料的核心元素。

人类不喜爱战争。然而，人类社会中总是会有战争出现。人类的战争如同自然界其他动物的争斗，其目的无非是为了让自身得以发展，以及对有限的资源进行争夺。过去是这样，现在也是这样。因此，战争是不可避免的，只是不同时代的战争模式和战争形式一直在发生着变化罢了。

战争无论呈现何种形式，其逻辑都不会改变，即“先要保全自己，才能更好地消灭敌人”。在战争中，人需要学会保全自己，同时武器装备也必须能够抵御强烈的攻击。

穿上“铠甲”，谁都不怕

战争中的主要武器，像坦克、装甲车、军舰等，装备坚固耐用的装甲是保全自身的最有效途径。装甲的主要材料是钢，然而普通钢的密度和硬度都有一定限度，这导致钢材的整体强度不足，也就无法增强装甲的防御能力。既然普通钢材无法满足需求，那就需要在钢材中添加其他成分，以提升钢材的综合性能。

这时，熔点高、广泛用于灯丝制造的金属钨（W）再一次出场了。

金属钨具有熔点高的特点，同时它的密度也较大。在硬度方面，金属钨的硬度不如金属铬高，然而金属钨的密度却是金属铬的 2.7 倍。当两种金属分别掺进钢材时，钨钢的密度会比铬钢大，并且钨钢的硬度也会远远超过铬钢。

但凡事都具有两面性。

钨钢具有高硬度和高强度，能够有效抵御炮弹的进攻。然而，这种特性也导致钨钢变得更脆，加工起来就不那么容易了。尤其对于战车装甲来说，战车的外形并非平面，必然会有很多曲面或异形面，而钨钢无法加工成这些不规则的面。所以，钨钢只能用于战车的重点部位防御，像坦克的正面等。用于重点防御，这足以极大提升战车的防御水平，进而在现实战争中体现出强大的战力优势。

攻击和防御，一种元素的两面

攻击和防御是战争的两面，此消彼长，相互博弈。

钨能使钢材具备高密度、高硬度、高强度的特性。然而，对于作为防御性的装甲来说，钨钢的加工和使用会受到战车外形条件的限制。由于钨钢不能做得过于坚硬，所以钨钢装甲并未将钨元素的高强特性完全展现出来。

作为进攻武器时，用于击穿钨钢装甲的炮弹弹芯材料不必太在意材料的加工特性。要将钨元素的高强特性发挥到极致。于是，人们找到了碳化钨（WC）。

碳化钨的硬度接近金刚石，常被用于制作切削金属的刀具。把碳化钨与钴元素（Co）形成的合金加工成炮弹的弹芯后，就得到了能击穿钨钢装甲的钨芯穿甲弹。令人没想到的是，要想打败坚不可摧的钨钢装甲，竟然需要使用同样含有钨元素的碳化钨合金材料。在这场巅峰对决里，进攻方方面钨元素担任着核心角色，防御方方面钨元素也担任着核心角色，还真有那么一点独孤求败的意味呢！

但是，碳化钨合金有其弱点。穿甲弹在击穿装甲时，弹身纵向会遭受到极大的剪切作用力。碳化钨合金弹芯在这种剪切作用力下，其头部会变为蘑菇状，这会使弹头变钝，进而导致穿甲深度急剧降低。

碳化钨合金的硬度足够大，能够穿透任何装甲。然而，在实际的穿甲过程中，自钝效应使得它的穿甲效果大幅降低。

“核废料”的妙用

“自钝效应”的存在对钨芯穿甲弹的效果进行了极大限制，这种钨芯穿甲弹看似“穿甲无敌”。于是，人们开始持续寻找具备高硬度和高强度，同时又不会出现“自钝效应”的金属材料。

人们将目光投向了一种特殊元素，那就是 92 号铀元素（U）。这种元素是人类所发现的第一种放射性元素。

提到铀元素（U），首先想到的通常是它的放射性。铀元素的所有同位素都具备放射性，其中铀-235 是一种重要同位素，它是核电站和原子弹的重要核燃料，关于它的故事将在第三章《在不稳定中寻找价值》中详细介绍。然而，大家不应忘记，铀本身也是一种性能优良的金属材料，而被广泛用作金属的是同位素铀-238。

自然界中铀元素大部分是铀 -238 ，其占铀元素总量的 99.28% 。核燃料的铀 -235 仅占铀元素总量的 0.71% 。其他铀元素同位素占总量的 0.01% 。因此，铀元素同位素之间的比例很不平衡。

在核工业领域，人们需借助离心的方式把铀 -235 和铀 -238 分离。在离心过程里，位于离心机中心位置的大多是相对原子质量较小的铀 -235，它也被称作“富铀”，会被拿去当作核燃料使用。而处于离心机外侧的主要是相对原子质量较重的铀 -238，此即“贫铀”，这些在核工业中看似无用的“核废料”，却是制造穿甲弹的秘密武器。

放射性金属也是金属

铀元素是放射性元素，同时它也是一种金属元素。贫铀与钛金属等其他金属能形成贫铀合金，这种贫铀合金的硬度和强度比碳化钨更高。若把贫铀合金制成穿甲弹的弹芯，那么贫铀弹在强剪切作用下头部不会变钝，不像钨芯穿甲弹那样。贫铀弹会呈现出越来越尖锐的状态，并且有自锐效应。这种特性使得贫铀弹的穿甲性能比钨芯弹要高 15%以上，所以贫铀弹成为了坦克等装甲战车最为害怕遇到的武器。

同样的道理，因为贫铀合金能够制造穿甲弹，所以也就能够用来制造高强度的装甲。贫铀装甲最早是由美国研发出来的，并且在 20 世纪 80 年代被用于制造 M1A1 主战坦克。1991 年的海湾战争期间，美国运用了大量的贫铀弹，将上千辆伊拉克的 T72 坦克予以摧毁。与此同时，美国的 M1A1 主战坦克配备了贫铀装甲，其具备的优异防御能力使得该坦克在战争中竟然无一受损，从而缔造了一个战争神话。直至目前，贫铀装甲的制作工艺仍旧是美国军方的军事机密。

贫铀合金综合性能优异，但具有一定放射性且不可避免。放射性既能杀伤敌方，也能杀伤己方。例如海湾战争后，美军老兵出现“海湾战争综合征”，癌症多发，这是美军大量使用贫铀弹致使本国士兵遭受核辐射的恶劣后果。

把金属做成玻璃

碳化钨合金呈现晶体结构，贫铀合金也呈现晶体结构。结晶会产生晶体缺陷，具有缺陷的晶体容易形变或被破坏，这在宏观上体现为材料强度不够且韧性不足。

金属材料极易形成规整的晶体结构。要突破金属材料的性能瓶颈，就得突破金属结晶的约束。在材料成型时阻止金属结晶，让金属形成无定形态，金属的强度和韧性就会得到极大提升。这种不结晶的金属被称为金属玻璃。

钨合金制作成金属玻璃，接着把钨合金玻璃制作成穿甲弹，这种穿甲弹的攻击效率比钨芯穿甲弹高 20%以上，同时也高于贫铀弹，这种金属玻璃穿甲弹被视为未来可能最强的穿甲武器。

让金属材料不结晶是很困难的。熔融金属温度下降时，温度低于金属熔点，结晶过程就会出现。有人推算，要有效抑制金属结晶过程，熔融金属的冷却速率需达到每秒一万亿摄氏度，而这个降温速率人类现阶段达不到。

人类想到了一个方法，这个方法更加巧妙：在金属里掺杂一些杂质元素。这些杂质元素不能与合金金属一起形成晶体，还能够阻止金属的结晶过程。通过配合特殊的工艺过程，我们就能够得到完全不结晶的金属玻璃。

相信随着金属玻璃材料持续发展，金属这一古老的材料类别将会展现出新的生机，也将会拥有新的活力。

人类在战争中更需要保护

战场上，武器装备易受攻击。然而，凭借坚硬的装甲，武器自身的防御能力通常较高。相比之下，处于枪林弹雨环境中的士兵更需保护。对士兵最基本的保护便是让他们穿上防弹衣，使他们免受枪弹的威胁。

小朋友们在电视或书本上见过骑士们穿戴的铠甲和头盔，它们很厚重。那是中世纪冷兵器时代的金属护甲，同时也是最早的“防弹衣”。不过，19 世纪之后，随着火器不断进步，这些金属护甲变得很容易被击破，人们只得持续增大其厚度，以提升对枪弹的防御能力。但是，护甲越来越厚重，这使得穿戴者的移动能力大幅减弱。一套护甲的重量有时能达到数十公斤，在战场上就失去了使用价值。到 20 世纪初期，防弹衣的主要材料依然是以金属为主，因为其重量过重，严重降低了部队的机动性。第一次世界大战期间，防弹衣未在战场上大规模运用。大量士兵在战争中受伤或牺牲，这造成了惨重的生命损失。

以柔克刚的绝技

同学们或许会思考，是不是只有让防弹衣的材料愈发坚硬且愈发强大，才能够更有效地抵御子弹的攻击呢？这看上去像是一个极为明显的问题，即防弹衣的材料越硬，按理来说防弹性能就会越强！然而，这个问题的答案并非如此。防弹衣并非越硬就越好，某些柔软的物质反倒能够起到更为出色的防弹效果。其实对于这样一个答案，我们无需感到惊讶。老子在几千年前就向我们传达了“以柔克刚”的道理。这个世界始终充满着看似相互矛盾，但实际上又是统一的道理。

事实上，19 世纪就有人尝试把轻薄柔软的丝绸做成防弹衣。看起来弱不禁风的丝绸，在编织结构变得紧密之后，竟然能够起到防弹的作用。到了 20 世纪 40 年代，化学纤维渐渐成为防弹衣材料的主流。美国在朝鲜战争中率先使用了由尼龙纤维（用于制造冲锋衣、运动衫、丝袜的纤维材料）制成的防弹衣。70 年代时，美国杜邦公司发明了一种名为“凯夫拉”的芳纶纤维，这种纤维简称凯夫拉。自此，防弹材料开启了新的篇章。

凯夫拉的化学结构为聚对苯二甲酰对苯二胺，属于高分子化合物。它的抗拉伸性能极为优异。在质量相同的情况下，凯夫拉的强度是钢铁的 5 倍。软质防弹材料以凯夫拉为代表，其防弹机理与硬质防弹材料不同。在受到枪弹攻击时，纤维会发生拉伸形变，子弹的冲击能量能被纤维的形变过程吸收。就如同往一张床单上扔一块石头，不管你用多大力气，石头都会被柔软的床单拦截住。凯夫拉防弹衣的发明，使得警察等高危群体的死亡率大大降低，挽救了无数宝贵的生命。

因此，凯夫拉的发明者克沃勒克被人们誉为“防弹纤维之母”。

防弹衣不是万能的

防弹衣虽能大幅减小枪弹对人体的伤害，但它并非万能，无法挡住所有子弹。原因在于，子弹击中目标后会产生巨大冲击力，而防弹衣消解子弹能量的能力有限，即便避免了子弹的贯穿伤，也难以完全避免巨大冲击力对人体造成的伤害。

事实上，为了达到更好的防弹效果，防弹衣不能仅仅是“硬”的那种情况，也不能仅仅是“软”的那种情况，而应该是“软硬结合”的复合式结构。这种复合式防弹衣在遭遇子弹攻击时，外层的金属或陶瓷硬质防弹层会最先与高速子弹碰撞并破碎，能消耗掉子弹的大部分能量；软质的纤维防护层作为第二道防线，会发生拉伸形变，从而吸收掉子弹和破片的剩余能量，阻止形成贯穿性损伤。所以，“软硬结合”的复合防弹方案能给身处危险中的人们带来更全面的保护。

“吃软不吃硬”的液体

除了上文提及的由金属、陶瓷和纤维制成的防弹衣，还有一类奇特的材料能够用于制作防弹衣，那便是某种特殊的“液体”。小朋友或许会感到好奇：液体具备流动性，我们的手都能轻易地伸入液体内部，那它究竟如何能够阻挡高速飞行的子弹呢？这是因为，在液体防弹衣中所使用的并非普通的液体，而是一种“吃软不吃硬”的特殊液体。

为什么说它“吃软不吃硬”呢？比如，当我们慢慢地将手伸进这种液体中时，它呈现出非常柔软且具有流动性的状态，能够让手顺利地伸入，并且最终会把手淹没。然而，倘若我们用锤子迅速地砸向它，它就会变得极为坚硬，甚至能够把锤子弹开。如果把这种“吃软不吃硬”的液体与凯夫拉等纤维复合来制成防弹衣，当身体遭遇子弹攻击时，防弹衣内的特殊液体能够充当硬质防弹层，能在瞬间变得如同固体般坚硬，从而吸收并消耗子弹的冲击能量，起到保护人体的作用。这种液体防弹衣穿着起来比装有陶瓷或金属的防弹衣更舒适，更利于保护我们的生命。

既然存在“吃软不吃硬”的液体，那么是否有“吃硬不吃软”的液体呢？答案是有的。例如小朋友们在超市时常能看到一种类似固体的酸奶，当我们不搅拌它，只是缓缓倾斜酸奶杯时，里面的酸奶不会流动；然而，倘若我们用勺子快速搅拌，就会发现它变得越来越稀，如同普通的液体一般。

“吃软不吃硬”或“吃硬不吃软”，在学术范畴内都属于一类特殊物质，即“非牛顿流体”。我们日常生活中常见的水不具备这些特殊性质，无论快速还是缓慢地进行搅拌或撞击，水所表现出的性质始终相同，因此水是一种“牛顿流体”。

非牛顿流体在我们的生活中广泛存在。像人们身上的血液、淋巴液，还有酱料、牙膏以及许多高分子溶液等都是。若小朋友们有兴趣，能够自己动手制作非牛顿流体。其中最简单的办法是把淀粉和水混合，做成均匀的糊状物。把手轻轻放入其中，它能像水那样流动。然而，用拳头砸向它时，就会发现它很坚硬。砸的力气越大，它就越坚硬。如果你用的容器足够大，还可以在上面跑步呢！