一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種防彈裝備板，具體講涉及一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國輕型裝甲車一直采用鋼制防彈裝甲，武裝直升飛機(jī)采用鈦合金防彈裝甲。但 是未來戰(zhàn)爭對陸軍的遠(yuǎn)程投送能力、武裝直升飛機(jī)的有效載荷能力都提出越來越高的要 求，這就對裝備重量提出了嚴(yán)苛要求，使得以前使用的鋼制裝甲和鈦合金裝甲已不能滿足 未來武器裝備發(fā)展的需要。因此需要提供一種密度低、防彈效果好、抗打擊，成本低、容易批 量生產(chǎn)，適用于輕型裝甲車和武裝直升機(jī)抗擊輕武器和反器材武器攻擊的裝甲板的技術(shù)方 案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：提出一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法，使其適用于輕 型裝甲車和武裝直升機(jī)抗擊輕武器和反器材武器攻擊，以滿足日益發(fā)展的軍事裝備的要 求。
[0004] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案如下：
[0005] -種新型輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金防護(hù)裝甲板，所述裝甲板為疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié) 構(gòu)中間的防彈夾心層外用熱擴(kuò)散連接有不同材質(zhì)和厚度的單邊夾層金屬板，其改進(jìn)之處在 于，所述防彈夾心層包括：氧化石墨烯、Sic顆粒和鋁合金；所述鋁合金含按質(zhì)量百分比計(jì) 的下述組份：Cu，0. 10% ;Mg，2. 3 ~3. 3% ;Si，0. 30% ;Ti，0. 10% ;Fe，0. 40% ;Ζη，3· 5 ~ 4· 5% ;Μη，(λ10~(λ40% ;Cr，0. 15~(λ25% ;余量為常規(guī)雜質(zhì)和Al。
[0006] 本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)方案中，按質(zhì)量百分比計(jì)的氧化石墨稀0. 5%~3%和SiC 顆粒35%~55%。
[0007] 本發(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，1. 5%~2. 0%的氧化石墨烯。
[0008] 本發(fā)明的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，45 %~55 %的SiC顆粒。
[0009] 本發(fā)明的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，2. 0 %的氧化石墨烯和40 %的SiC顆粒。
[0010] 本發(fā)明的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為 3:1~6:1〇
[0011] 本發(fā)明的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為 3:1 ~4:1〇
[0012] 本發(fā)明的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述單邊夾層金屬板為單一或兩種復(fù)合金屬板。
[0013] 本發(fā)明的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，SiC顆粒為D50 = 3~20um的SiC顆粒。本發(fā)明 提供的輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法包括如下步驟：1)混合原料；2)制備裝粉用包套； 3)將樣品混合粉末裝入制備好的包套中；4)粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)熱散連接；5)固溶 熱處理；6)時效熱處理。
[0014] 進(jìn)一步的，于盛有氧化石墨烯、SiC和所述鋁合金粉末的V型混料設(shè)備中，按所述 混合粉末的體積比為10:1的比例加入乙醇；于10~30轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下混合4~14小時 得混合粉末料；
[0015] 烘干所述粉末后，在V型混料設(shè)備中以10~30轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速混合4~14小時 得混合粉末。
[0016] 本發(fā)明提供的制備方法的第二優(yōu)選方法中，所述裝粉用包套的長度和寬度較最終 產(chǎn)品大5 %，包套金屬的厚度與中間空腔厚度的比例為3:1~6:1。
[0017] 本發(fā)明提供的制備方法的第三優(yōu)選方法中，所得粉末振實(shí)密度至2. 0~2. 4g/cm3。
[0018] 本發(fā)明提供的制備方法的第四優(yōu)選方法中，所述熱擴(kuò)散條件：壓力90MPa~ 300MPa，溫度400°C~500°C，時間30分鐘~2小時。
[0019] 本發(fā)明提供的制備方法的第五優(yōu)選方法中，于470~480°C下固溶熱處理1~2小 時，冷水淬火。
[0020] 本發(fā)明提供的制備方法的第六優(yōu)選方法中，于120~130°C下時效熱處理11~13 小時。
[0021] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：
[0022] 1、密度低，防護(hù)效果好。本發(fā)明制備的防彈裝甲板密度低于3.lg/cm3,僅是防彈鋼 板的三分之一，防彈鈦合金板的三分之二。經(jīng)過實(shí)際打靶測試，本發(fā)明制備的防護(hù)裝甲板， 其防彈效果和抗多次打擊能力明顯好于同等厚度的防彈鈦合金板，也優(yōu)于同等厚度的防彈 鋼板。
[0023] 2、每使用1公斤本發(fā)明所涉及的防彈裝甲板，相比于使用舊材料，可使輕型裝甲 車和武裝直升機(jī)減重〇. 5~1. 5公斤，減重效果非常明顯，為提升我國輕型裝甲車輛遠(yuǎn)程投 送能力、提升武裝直升飛機(jī)有效載荷做出有益貢獻(xiàn)。
[0024] 3、生產(chǎn)成本低，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備，同時操作工藝簡便，利于生產(chǎn)控制。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026] -種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板及其制備方法，混合氧化石墨烯、SiC和鋁合金粉 末，再經(jīng)過熱物理燒結(jié)制備高阻尼超硬防彈夾心層，并采用兩層或四層不同厚度和材質(zhì)的 金屬與該防彈夾心層進(jìn)行熱擴(kuò)散連接，最終形成三層或五層的夾心餅干式復(fù)合結(jié)構(gòu)，得密 度低于3.lg/cm3的輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板。
[0027] 制備步驟如下：
[0028] (1)于10~30轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速的，裝有0.5%~3%的氧化石墨稀，質(zhì)量百分比為 35%~55%的SiC，及剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋁合金粉末的V型混料設(shè)備中，按積比為10 :1的比 例加入乙醇溶液，進(jìn)行濕法混合，混合4~14小時，;再然后烘干濕法混合制備的混合粉末， 待完全干燥后在V型混料設(shè)備中進(jìn)行干法混合，混合4~14小時，轉(zhuǎn)速為10~30轉(zhuǎn)/分 鐘。
[0029] (2)將混合好的粉末裝入鋁合金包套中，至粉末振實(shí)密度到2. 0~2. 4g/cm3。
[0030] (3)于90MPa~300Mpa壓力和400°C~500°C下處理30分鐘~2小時，同步完成 粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)散連接。
[0031] (4)將制備好的裝甲板材首先進(jìn)行固溶熱處理，熱處理溫度為470~480°C，時間 1~2小時，冷水淬火，然后進(jìn)行人工時效處理，熱處理溫度為120~130°C，時間11~13 小時。
[0032] 實(shí)施例1 :采用4mm厚LF21錯合金-12mm厚高阻尼超硬防彈夾心層，二層結(jié)構(gòu)，高 阻尼超硬防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為3:1 ;
[0033] 實(shí)施例2 :采用4mm厚LF21錯合金-16mm厚高阻尼超硬防彈夾心層，二層結(jié)構(gòu)，高 阻尼超硬防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為4:1 ;
[0034] 實(shí)施例3 :采用4mm厚LF21錯合金-24mm厚高阻尼超硬防彈夾心層，二層結(jié)構(gòu)，高 阻尼超硬防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為6:1 ;
[0035] 不同成分下裝甲板的防彈化效果見表。另有說明除外，表中百分含量均為質(zhì)量分 數(shù)。
[0036] 表1不同成分防彈板防彈效果對比（夾心層厚度：單邊層厚度=3:1)
[0037]
[0038] 表2不同成分防彈板防彈效果對比（夾心層厚度：單邊層厚度=4:1)
[0039]
[0040] 表3不同成分防彈板防彈效果對比（夾心層厚度：單邊層厚度=6:1)
[0041 ]
[0042] 通過表1、表2和表3的數(shù)據(jù)展示，充分說明經(jīng)本發(fā)明方法制備的防彈裝甲板具備 低密度和高效防彈的效果。
[0043] 本發(fā)明中提供的一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板及其制備方法，僅采用單邊金屬層 與防彈夾心層復(fù)合，即可達(dá)到密度低、自身體重輕、防彈效果優(yōu)異，且防彈效果和抗多次打 擊能力明顯好于同等厚度的防彈鈦合金板，也優(yōu)于同等厚度的防彈鋼板，同時生產(chǎn)成本低， 容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備，同時操作工藝簡便，利于生產(chǎn)控制。
[0044] 以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些 未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法，所述裝甲板為疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合 結(jié)構(gòu)中間的防彈夾心層外用熱擴(kuò)散連接有不同材質(zhì)和厚度的單邊夾層金屬板，其特征在 于，所述防彈夾心層包括：氧化石墨烯、Sic顆粒和鋁合金；所述鋁合金含按質(zhì)量百分比計(jì) 的下述組份：Cu，0. 10% ;Mg，2. 3 ~3. 3% ;Si，0. 30% ;Ti，0. 10% ;Fe，0. 40% ;Ζη，3· 5 ~ 4. 5% ;Μη，0. 10~0. 40% ;Cr，0. 15~0. 25% ;余量為常規(guī)雜質(zhì)和Α1，所述制備方法的步 驟如下： 1) 混合原料； 2) 制備裝粉用包套； 3) 將混合粉末裝入包套中； 4) 粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)熱散連接； 5) 固溶熱處理； 6) 時效熱處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中，按照一定的比例選取 氧化石墨烯、SiC和鋁合金粉末進(jìn)行混合； (1) 將氧化石墨烯、SiC和鋁合金粉末組成的混合粉末加入V型混料設(shè)備中，并倒入乙 醇溶液，進(jìn)行濕法混合； (2) 將上一步制備的混合粉末進(jìn)行烘干，待完全干燥后在V型混料設(shè)備中進(jìn)行干法混 合。3. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述混合粉末與乙醇溶液的體積比為 10 :1〇4. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述濕法混合和所述干法混合要根據(jù) 粉末重量混合時間選擇4~14小時，根據(jù)粉末比例選擇V型混料桶的轉(zhuǎn)速為10~30轉(zhuǎn)/ 分鐘。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述裝粉用包套的長 度和寬度較最終產(chǎn)品大5%，包套金屬的厚度與中間空腔厚度的比例為3:1~6:1。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中，將所得粉末振實(shí)密度 至 2. 0 ~2. 4g/cm3。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中，所述熱擴(kuò)散條件：壓 力90MPa~300MPa，溫度400°C~500°C，時間30分鐘~2小時。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：壓力220MPa。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：溫度460°C。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：時間1小時。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：壓力220MPa，溫度 460°C，時間1小時。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟5)中，于470~480°C下 固溶熱處理1~2小時，冷水淬火。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中，于120~130°C下 時效熱處理11~13小時。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法，裝甲板為多層的夾心餅干式復(fù)合結(jié)構(gòu)，此復(fù)合結(jié)構(gòu)中間的通過熱擴(kuò)散連接有不同材質(zhì)厚度的單邊夾層金屬板。裝甲板的制備方法包括步驟：1)混合原料；2)制備裝粉用包套；3)將樣品混合粉末裝入制備好的包套中；4)粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)熱散連接；5)固溶熱處理；6)時效熱處理。本發(fā)明適用于輕型裝甲車和武裝直升機(jī)抗擊輕武器和反器材武器攻擊所采用的防彈裝甲層及其生產(chǎn)制備。
【IPC分類】C22C21/10, C22C1/04
【公開號】CN105349813
【申請?zhí)枴緾N201510698466
【發(fā)明人】王旭東, 李炯利, 戴圣龍, 王勝強(qiáng), 張曉艷
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月23日