專利名稱:纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板的制作方法
纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提供一種纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，屬于裝甲板技術(shù)領(lǐng)域：
。
技術(shù)背景現(xiàn)有的防護(hù)裝甲板主要有三種，第一種為由高強(qiáng)度合金鋼制成的防護(hù)裝甲板，這種防護(hù) 裝甲板韌性好，但是硬度低。第二種為由高韌性陶瓷制成的防護(hù)裝甲板，這種防護(hù)裝甲板密 度小，硬度高，但是抗沖擊性能差，在日常使用中，容易破碎，失去防護(hù)效果。第三種為金 屬/陶瓷膠水粘結(jié)復(fù)合的防護(hù)裝甲板，金屬板和陶瓷板結(jié)合的強(qiáng)度低，在高速彈丸的打擊作 用下，吸收彈丸能量的效果不理想，與第二種由高韌性陶瓷制成的防護(hù)裝甲板一樣，缺乏抗 二次打擊能力，而且膠水在陽光照射和潮濕的環(huán)境中容易失去粘結(jié)能力。最新公開的發(fā)明專 利申請，申請?zhí)枮?00410098948.1 ，中國專利公開號CN1623770，
公開日為2005年6月 8日發(fā)明創(chuàng)造的名稱為金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，提出了一種由多種金屬和陶瓷焊接 制成的金屬/陶瓷層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的防護(hù)板，兼具金屬材料的靭性和陶瓷材料的硬度。本實(shí)用 新型在上述發(fā)明的基礎(chǔ)之上改進(jìn)而成，在金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料內(nèi)部通過特種連接工藝將 石英纖維和碳纖維等高強(qiáng)度纖維復(fù)合進(jìn)去，利用高強(qiáng)纖維很高的抗拉強(qiáng)度，對金屬/陶瓷層 狀復(fù)合材料進(jìn)一步增強(qiáng)，進(jìn)一步提高其抗高速彈丸侵徹的能力。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，提高防彈效 果和使用可靠性，減輕防護(hù)板重量，改善復(fù)合防護(hù)板的抗二次打擊性能。本實(shí)用新型所述的防護(hù)板具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層三明治結(jié)構(gòu)，所述三明治 結(jié)構(gòu)是在600'C 1650'C溫度下，通過活性鑄接工藝、粉末燒結(jié)工藝或活性金屬釬焊工藝將 金屬層、纖維層和陶瓷層焊接在一起。其中，所述防護(hù)板的金屬層是鋁、欽、鐵、鎳及其合金制成的板材；所述防護(hù)板的纖維 層，其纖維是石英纖維或碳纖維。所述防護(hù)板陶瓷層是氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅或 碳化硼制成的板材。其中，所述的活性鑄接工藝是在600'C 165(TC高溫下，通過物理或化學(xué)方法減小 金屬熔體的表面張力，使其能夠在陶瓷表面濕潤并凝固，從而使纖維、金屬和陶瓷焊接在一 起。所述的物理方法例如去除熔液表面的氧化膜的物理方法降低熔液表面張力實(shí)現(xiàn)對陶瓷材 料的濕潤，所述的化學(xué)方法是在熔液中加入鋯、鈦等能在高溫下能和陶瓷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性金屬元素降低熔液表面張力，最終實(shí)現(xiàn)金屬和陶瓷的連接。所述的粉末燒結(jié)工藝是將粉末燒結(jié)材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層、纖維層和陶瓷 層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置在真空電爐中，升溫到120(TC 160(TC，保溫45 120分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng)金屬/陶 瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板。所述的活性金屬釬焊工藝是將活性金屬釬焊材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層、纖維層 和陶瓷層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置在真空電爐中， 慢速升溫到60(TC 165(TC，保溫10 15分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng) 金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和功效是它兼具金屬材料、纖維材料和陶瓷材料各自的特點(diǎn)，不僅 硬度高，抗撕裂能力好，而且韌性好、重量輕，具有較好的防護(hù)高速彈丸打擊的能力，可廣 泛應(yīng)用在防彈衣、裝甲車輛和需要裝甲防護(hù)的飛行器上。金屬材料和陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)不同，兩者在高溫下通過活性鑄接工藝和活性金屬釬 焊工藝焊接在一起，冷卻到室溫時，金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料(簡稱金屬陶)內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力， 由于金屬的熱膨脹系數(shù)比陶瓷高，陶瓷受壓應(yīng)力作用，陶瓷材料的特點(diǎn)是抗壓性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)由于 其抗拉伸性能，這種應(yīng)力也會導(dǎo)致金屬材料的原子晶格畸變，有效提高金屬材料的硬度，金 屬陶內(nèi)應(yīng)力的存在對于提高其抗高速彈丸沖擊的能力非常有利。石英纖維和碳纖維等高強(qiáng)度 纖維具有很高的抗拉強(qiáng)度，高強(qiáng)度纖維斷裂時會吸收更多的能量，本實(shí)用新型利用高強(qiáng)纖維 對金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料進(jìn)行增強(qiáng)，可以利用纖維的高強(qiáng)度進(jìn)一步提高防護(hù)板的抗撕裂性 能，在防護(hù)板重量增加很少的情況下有效提高其防彈效果。和普通的陶瓷防護(hù)板不同的是，本實(shí)用新型所述防護(hù)板在高速彈丸打擊作用下表現(xiàn)出類 似金屬板的性能，具有抗二次擊打能力，在高速彈丸打擊下，陶瓷材料防護(hù)板通常都被打得 粉碎，而本實(shí)用新型所述防護(hù)板在高速彈丸打擊下除了被彈丸打擊的部份被破壞以外，其他 部份保持完整，仍然具有防護(hù)作用。
圖1、為本實(shí)用新型活性金屬釬焊工藝法制成的纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料示意圖； 圖2、為本實(shí)用新型活性鑄接工藝法制成的復(fù)合材料示意圖； 圖3、為本實(shí)用新型粉末燒結(jié)工藝法制成的復(fù)合材料示意圖。 圖中標(biāo)號如下1、金屬材料層 2、纖維材料層 3、陶瓷層具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述防護(hù)板對于高速彈丸的防護(hù)機(jī)理是當(dāng)高速彈丸打擊到本發(fā)明所述防護(hù)
板表面時，最外層金屬層在彈丸的侵徹下被破開，露出中間的陶瓷層，陶瓷材料的硬度要比 彈丸的組成材料高很多，可以非常有效的對彈丸進(jìn)行侵徹而損壞彈丸，降低彈丸的持續(xù)侵徹 能力，陶瓷層在高速彈丸的打擊下產(chǎn)生裂紋而破損，但是兩邊金屬層通過焊接所形成的束縛 作用防止陶瓷層上裂紋擴(kuò)展，裂紋在擴(kuò)展過程中，金屬材料的塑性能夠有效吸收彈丸打擊的 能量，進(jìn)一步降低彈丸的侵徹能力，高強(qiáng)度纖維斷裂可以吸收更多的能量，通過纖維增強(qiáng)的 金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料具有更好的抗撕裂性能，對防護(hù)板后面的人體實(shí)現(xiàn)有效防護(hù)。本實(shí)用新型所述的防護(hù)板具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層三明治結(jié)構(gòu)，所述三明治 結(jié)構(gòu)是在60(TC 165(rC溫度下，通過活性鑄接工藝、粉末燒結(jié)工藝或活性金屬釬焊工藝將 金屬層、纖維層和陶瓷層焊接在一起。其中，所述的活性鑄接工藝是在60(TC 165(TC高溫下，通過所述的物理或化學(xué)方 法減小金屬熔體的表面張力，使其能夠在陶瓷表面濕潤并凝固，從而使纖維、金屬和陶瓷焊 接在一起。所述的粉末燒結(jié)工藝是將粉末燒結(jié)材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層、纖維層和陶瓷層 表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置在真空電爐中，升溫到 1200'C 1600'C,保溫45 120分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng)金屬/陶瓷 層狀復(fù)合材料防護(hù)板。所述的活性金屬釬焊工藝是將活性金屬釬焊材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層、纖維層 和陶瓷層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置在真空電爐中， 慢速升溫到600'C 165(TC，保溫10 15分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng) 金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板。其中，所述防護(hù)板的金屬層是鋁、欽、鐵、鎳及其合金制成的板材；所述的防護(hù)板的纖 維層是石英纖維和碳纖維；所述防護(hù)板的陶瓷層是氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅或碳化硼制成的板材。 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:本實(shí)用新型中所述的活性金屬釬焊工藝的一種方式為將活性金屬釬焊材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層、纖維層和陶瓷層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干， 然后放置在真空電爐中，慢速升溫到600°C 1650°C，保溫10 15分鐘，隨爐冷卻，即可 獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng)金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板。制成的纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料如圖1所示圖1中的1是金屬材料層，2是纖維層，3是陶瓷材料層，3種材料可以通過活性金屬釬 焊工藝制造而成，類似三明治的層狀結(jié)構(gòu)可以是單層也可以是多層。金屬層的厚度為0.5
lOmm，陶瓷層的厚度為1 20mm，纖維可以是單層也可以是多層。金屬層的板材可以是一塊 完整板也可以由多塊金屬板拼縫焊接而成，纖維層可以是一塊完整的纖維也可以是多塊纖維拼縫焊接而成，陶瓷層的板材可以是一塊完整板也可以是多塊陶瓷板拼縫焊接而成。 本實(shí)施例的復(fù)合結(jié)構(gòu)也可以通過活性鑄接方法和粉末燒結(jié)方法制造而成。 實(shí)施例2:本實(shí)用新型中所述的活性鑄接工藝是指在60(TC 165(TC高溫下，通過所述物理或化學(xué) 方法減小金屬熔體的表面張力，使其能夠在陶瓷表面濕潤并凝固，從而使纖維、金屬和陶瓷 焊接在一起。制成的復(fù)合材料如圖2所示圖2中的1為金屬材料層，2為纖維材料層，類似的層狀結(jié)構(gòu)可以是單層也可以是多層 疊加而成。金屬層的厚度為0.5 10mm,纖維層可以是單層也可以由多層纖維疊放而成。金 屬層為一塊完整的板材，纖維層可以是完整的一塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成。本實(shí)施例的復(fù)合結(jié)構(gòu)也可以通過活性金屬釬焊方法和粉末燒結(jié)方法制造。實(shí)施例3:本實(shí)用新型所述的粉末燒結(jié)工藝的一種方式是將粉末燒結(jié)材料均勻涂刷在要結(jié)合的金 屬層、纖維層和陶瓷層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置 在真空電爐中，升溫到1200°C 1600°C，保溫45 120分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良 好的纖維增強(qiáng)金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板。制成的復(fù)合材料如圖3所示圖3中的2為為纖維層，3為陶瓷層，類似的層狀結(jié)構(gòu)可以是單層也可以由多層疊加而 成。陶瓷層的厚度為1 20ram，纖維層可以是單層也可以由多層纖維疊放而成。陶瓷層可以 是一塊完整的板材也可以由多塊陶瓷板拼縫焊接而成，纖維層可以是完整的一塊也可以由多 塊纖維拼縫焊接而成。本實(shí)施例中的復(fù)合結(jié)構(gòu)也可以通過活性金屬釬焊法和活性鑄接方法制造。
權(quán)利要求
1、一種纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，其特征在于該防護(hù)板具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層三明治結(jié)構(gòu)，該三明治結(jié)構(gòu)是在高溫下將金屬層、纖維層和陶瓷層焊接在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述一種纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，其特征在于該焊 接是通過活性鑄接工藝、粉末燒結(jié)工藝和活性金屬釬焊工藝的方法將金屬層、纖維層和陶瓷層焊接在一起。
3、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，其特征在于所述高溫為600。C 1650。C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，其特征在于該防護(hù)板 金屬層是鋁及其合金或鐵及其合金制成的板材。
5、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，其特征在于該防護(hù)板的纖維層，其纖維是石英纖維或碳纖維。
6、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，其特征在于該防護(hù)板陶瓷層是氧化鋁或碳化硅制成的板材。
專利摘要
本實(shí)用新型提供了一種纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板，屬于裝甲板技術(shù)領(lǐng)域：
。該防護(hù)板具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層三明治結(jié)構(gòu)，所述三明治結(jié)構(gòu)是在高溫下，通過活性鑄接工藝、粉末燒結(jié)工藝或活性金屬釬焊工藝將金屬層、纖維層和陶瓷層焊接在一起。該防護(hù)板硬度高，抗撕裂能力好，而且韌性好、重量輕，具有較好的防護(hù)高速彈丸打擊的能力，可廣泛應(yīng)用在防彈衣、裝甲車輛和需要裝甲防護(hù)的飛行器上。
文檔編號F41H5/00GKCN201016655SQ200620133907
公開日2008年2月6日 申請日期2006年9月27日
發(fā)明者榕 彭 申請人:北京航空航天大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan