专利名称:透明装甲系统及制造方法
技术领域：
本发明涉及弹道装甲。更具体地，本发明涉及一种采用玻璃陶瓷硬层的透明装甲系统，在弹道装甲结构中提供有同等防护，而比大多数商用的传统透明装甲更轻，比同等重量的透明系统的制造成本更低。
背景技术：
为了保护人员和装备不受弹道炮弹、爆炸军械和来自简易爆炸装置的爆炸力和爆炸物(以下统称为“炮弹”)的伤害，必须提供一种分散这些炮弹动能的方式，以防止这些炮弹到达他们的目标。虽然这可以通过在目标与来袭炮弹之间插入大量的许多不同材料中的任一种材料来实现，但是经验表明，适当设计的弹道装甲结构可以提供有效得多的能量分散方式，其中，不同材料的层用来破坏来袭炮弹。这种结构力求使用作吸收和分散炮弹能量的材料的量最大化，而同时击碎炮弹或使之变形并且将由此产生的碎片散布到更广阔的区域内。这种结构还力求使保护特定区域所需的材料的总量最小化。
弹道装甲结构通常包含一层或多层材料，该材料设计成通过使弹道炮弹变形、偏转或碎裂来扩散撞击力，同时弹道装甲自身承受变形或局部碎裂。弹道装甲结构的变形和局部碎裂过程吸收了炮弹的大部分能量，同时将受撞击的区域扩散到涉及后续层中的更多材料。弹道装甲结构的硬度和韧度都是这些功能所需要的。
在弹道装甲结构领域中，材料的首层用于破坏来袭弹道炮弹，其常被称为“打击层”或者“硬层”。硬层通常是比较硬且坚韧的材料层，该材料层被设计成进行变形，并且在某些情况下破碎，以便吸收来袭炮弹的至少一些能量，从而分散炮弹的能量。在硬层后面是其它层，它们被专门设计成吸收撞击材料和在前的硬层碎片的剩余能量。这些层常被称为“背层”或“拦截器”。
弹道装甲结构对来袭炮弹的能量吸收和分散过程通常会导致硬层的变形、位移和/或局部碎裂以及背层的变形和/或位移，但是弹道炮弹的任何碎片都不会穿透弹道装甲结构。对于优化弹道装甲结构的性能而言，用于这些不同功能的材料的选择以及对各层的构造和结合的关注是不可缺少的。
已经在优化弹道装甲结构性能的材料选择上有很大进展。高强度、硬质且在某些情况下“坚韧”的陶瓷，如氧化铝、碳化硼，二硼化钛和碳化硅，用作硬层；刚硬或软质纤维材料层压板，如玻璃纤维、芳纶或聚乙烯纤维，用作背层，这大大减小了防护结构的重量和体积。遗憾的是，这些进展还不能很容易地适用于那些需要透明防护结构的领域。无论是高强度的硬质陶瓷还是层状纤维底座材料通常都不是透明的，所以都不适合于透明防护结构。
对透明度的需求严重限制了透明防护系统的硬层制造材料的可行选择。尽管已经证实了热压尖晶石或氮氧化铝(ALON)陶瓷，或熔融态形成的氧化铝(蓝宝石)晶页用作硬层的最新进展，但是，制造成本和尺寸限制似乎约束了它们在最极端条件下的使用。用作透明结构硬层的标准制造材料是硼娃浮法玻璃(borosilicate float glass)或钠I丐玻璃,这是一种既不非常坚硬也不非常坚韧的材料，并且具有较大的特定比重。这就导致了需要极大地增加透明装甲的空间质量(aerial mass)和体积以保持效力。这种空间质量和体积的增大最终导致传统透明装甲的由透明装甲提供的每单位防护级的重量增大。
对于背层使用的材料也存在着类似的情况。弹道装甲结构的底板传统使用的纤维层压板是不透明的。透明装甲的传统底板和碎片拦截层大多数都是未加强的聚丙烯或聚碳酸酯聚合物板，尽管在对这些层使用优化共聚组合物上有了一些进展。因此，对于大多数的透明装甲应用而言，所选择的解决方案与已经使用了数十年的方案一样，多层硼硅浮法玻璃的硬层，具有一层或多层聚合物板的背层来拦截碎片，用常规的透明粘合剂把它们粘合在一起。
此外，在几种透明装甲应用中，需要在透明装甲受到紫外线辐射的情况下使用透明装甲，例如在车窗和建筑物的外墙窗户中。紫外线辐射对用于粘合透明硬层与背层的常规透明粘合剂不利，长期暴露会引起透明粘合剂的降解。常规的硼硅浮法玻璃和钠钙玻璃结构是紫外线辐射可以透过的，因此，使紫外线辐射能够穿透硬层并且接触粘合剂粘合。最终的结果是，在长期暴露在紫外线辐射例如在长期户外条件下，传统的透明装甲会变色和剥离。
在几种透明装甲应用中，还需要在透明装甲受到极端温度的环境中使用透明装甲，例如，在沙漠环境中。在一些沙漠地区，夜间气温往往远远低于结冰温度，密闭车辆内的白天气温可超过85摄氏度(185华氏度)。在传统的透明装甲中，各层材料的热膨胀性能之间的差异会导致透明装甲在经历温度的极端变化时发生剥离。
鉴于以上情况，显然需要在更轻、更薄的透明装甲上做出改进以应付更新式、更强大的炮弹以及更高能量碎片所造成的更大威胁。还需要改进透明装甲以满足在装甲暴露于紫外线辐射、热、冷及其它变化天气条件下的透明装甲应用的需要。
发明内容
本文公开了一种用于限制炮弹撞击力的传递的透明装甲系统及其制造方法。该透明装甲系统包括硬层和覆盖着该硬层后表面的背层，该背层背对预期的来袭炮弹。
该硬层是通过由玻璃陶瓷材料制成的层形成的，玻璃陶瓷材料具有的硬度和抗压强度在动态条件以及标准温度和压力条件下都足以充分吸收来袭炮弹撞击的至少一部分。该背层是由聚合物制成的层，基本上覆盖着该硬层的后表面。背层选择为具有足够的厚度和强度以承受在硬层的弹道撞击作用下施加给背层的应力。此外，背层的折射率选择为与硬层的折射率足够相近，从而使透明装甲系统基本上透明。
在一个实施例中，在硬层与背层之间布置至少一个加强层。每一个加强层都是由玻璃陶瓷材料制成，玻璃陶瓷材料具有的硬度和抗压强度足以充分吸收来袭炮弹撞击的至少一部分。在另一实施例中，在硬层的前表面上层压有覆盖层。该覆盖层是由聚合物制成的层，其与该前表面至少保持简单的密切接触。该覆盖层与该背层配合以容纳由硬层碎裂所产生的碎片。在各加强层、硬层、背层以及覆盖层之间都设有粘合层，以便将各层粘合在一起。
一种制造透明装甲系统的方法，总的包括提供硬层和背层，并且用背层基本上覆盖硬层的后表面。将粘合层以基本上共面的形式提供和布置在硬层与背层之间。然后将各层以基本上共面的构造保持在一起，同时使得粘合层将硬层连接到背层上。
通过以下参考附图对本发明的详细说明，本发明的上述特征将变得更清楚地理解，其中:图1是根据本发明的几个特征所构造的透明装甲系统的一个实施例的横截面视图；图2是图1所示透明装甲系统的横截面视图，示出了撞击硬层的炮弹；图3是透明装甲系统的另一实施例的横截面视图，其中含有两个加强层；图4是图3所示透明装甲系统的横截面视图，示出了撞击硬层的炮弹；图5是透明装甲系统的另一实施例的横截面视图，其中含有覆盖层；图6是图5所示透明装甲系统的横截面视图，示出了刺穿覆盖层和撞击硬层的炮弹；图7是带有由透明装甲系统制成的挡风玻璃和车窗的装甲车的局部透视图；图8是用于连同基本上气密的容器一起制造透明装甲系统的一个实施例的各层的分解透视图；图9是图8所示材料的透视图，示出了含有层压结构的基本上气密的容器，该气密容器是密封且真空的；图10是透视图，示出了图9所示基本上气密的容器的一个拐角；图11是含有图9所示密封且真空的容器的罐的横截面视图。
具体实施方式
本文公开了一种用于限制炮弹撞击力的传递的透明装甲系统及相应的制造方法。在图中，透明装甲系统总体上用10表示。参考图1，透明装甲系统IOa的一个实施例包括硬层12和背层14，该背层14覆盖着硬层12的后表面18，该背层背对预期的来袭炮弹16。
硬层12是通过由玻璃陶瓷材料制成的层形成的，该玻璃陶瓷材料具有的硬度和抗压强度足以充分吸收来袭炮弹16的撞击的至少一部分。硬层12形成有配置成面对着来袭炮弹16的前表面26和配置成背对来袭炮弹16的后表面18。应当理解，适合用于硬层12的玻璃陶瓷材料的具体类型取决于要装甲抵抗的炮弹的质量、速度和撞击特性。硬层12的厚度、结构、密度和重量都可以变化，以提高炮弹阻止能力。
形成硬层12的玻璃陶瓷材料通常是由传统玻璃制造工艺生产的材料，但接下来在特定条件下进行退火，引起整块玻璃陶瓷材料的晶体核化和生长。在一个实施例中，晶体是由娃酸招锂相(lithiumalumino silicate phase)构成,该娃酸招锂相在玻璃陶瓷材料的生产过程中结晶。然而，本领域技术人员将会了解可形成晶体的其它材料。增加玻璃陶瓷材料块的结晶通常会提高其防护能力。本领域普遍接受的是，可以在不降低玻璃透明度的情况下实现玻璃陶瓷材料块的高达约60-70%的结晶。但是，应当理解，在不背离本发明精神和范围的情况下，可以实现玻璃陶瓷材料块的更高结晶。
在本领域中还承认的是，玻璃陶瓷结晶体内的单个晶体的平均尺寸的降低会得到更透明的玻璃陶瓷材料。从这个意义上讲，在一个实施例中，硬层12由这样一种玻璃陶瓷制造，该玻璃陶瓷形成有晶体，这些晶体总体平均尺寸为每个晶体都小于约两百(200)纳米。然而，也可以考虑总体平均尺寸为每个晶体大于两百(200)纳米的晶体结构。
已经发现，玻璃陶瓷材料在标准温度和压力(STP)下的机械性能不同于玻璃陶瓷材料在弹道作用的极短时间间隔期间的性能。例如，在发生弹道撞击的短暂时段期间，由弹道撞击导致的塑性压缩常常改变玻璃陶瓷材料的材料性能。作为一个例子，在一个实施例中，硬层12是由按体积算带有约65%非连续相晶体的玻璃陶瓷材料制成，每个晶体具有约小于100纳米的尺寸。在此实施例中，在弹道撞击的时间段期间，玻璃陶瓷材料提供的材料性能不由玻璃陶瓷材料在STP下测得的性能预测或预知。在此实施例中，玻璃陶瓷材料的作为过冷液体的连续玻璃相在弹道撞击的压力作用下在短时间塑性压缩和变形。该塑性压缩使晶体达到更紧密接近的位置，从而具有由临时塑性压缩的玻璃陶瓷材料显示出的更高的弹道阻力。
应当理解，在选择硬层12的总厚度时，在某些应用中有重量与效力的权衡。例如，对个人用装甲来说重量轻很重要，而对车用或建筑物用装甲来说可以较重。然而，通常硬层12越厚，硬层12在破坏来袭炮弹16时就越有效。同样，在决定用于硬层12的玻璃陶瓷材料的特定特性时，与来袭炮弹16的声速相关的硬度也是重要因素。因此，应当意识到，与具有相当厚度的传统透明硬层相比，由玻璃陶瓷材料制造硬层12提供了透明装甲系统10破坏来袭炮弹16的增强的能力。或者，与传统的透明硬层相比，这样由玻璃陶瓷材料制造硬层12在对来袭炮弹16提供同样破坏时允许有更薄的硬层12并因此允许有更轻的硬层12。
在图1所示实施例中，背层14是由透明材料制成的层，其基本上覆盖硬层12的后表面18，从而使背层14与后表面18至少保持简单的密切接触。在一个实施例中，背层14是聚合物材料。在另一实施例中，背层14由钢化玻璃制成。本领域技术人员将会了解适合用于制造背层14的其它材料。
如图2所示，应当认识到，硬层12—旦受到来袭炮弹16产生的撞击力，就都能预料到硬层12的变形以及硬层12的碎裂。当然，硬层12变形和碎裂的程度与来袭炮弹16的撞击力大小有关。背层14选择为具有足够的厚度和强度以承受在硬层12的弹道撞击作用下施加给背层14的应力。硬层12施加给背层14的最大应力与硬层12的具体屈服应力有关。具体来说，硬层12的屈服应力越高，施加给背层14的应力就越小。此外，背层14的折射率选择为与硬层12的折射率足够相近，使得透明装甲系统10基本上透明。在考虑更周到的实施例中，背层14还选择为具有足够的耐磨性。
背层14与硬层12之间的这个至少密切接触提供了容纳硬层12碎裂例如炮弹撞击引起的碎裂所产生的碎片的方式。如图2所示，这种碎片的容纳是为了限制硬层12的各个碎裂片使其不会推进穿过背层14并且不会朝向受透明装甲系统IOa保护的目标推进。这种碎片的容纳还为了使这些碎裂片基本上保持在硬层12的初始结构中，由此改善透明装甲系统IOa的多次撞击性能和现场耐久性(fielddurability)。
粘合层20设置成将背层14粘合到硬层12上。由布置在背层14与硬层12之间的粘合材料层形成该粘合层20，粘合材料层适合于将背层14粘合到硬层12上，同时还填补了各层之间的表面不平整。表面不平整的这种填补允许粘合层20基本上保持背层14、粘合层20与硬层12之间的相近折射率。由此，粘合层20提高了组合式透明装甲系统10的透明度。在考虑更周到的实施例中，粘合层20由热塑性粘合剂族内的材料制成。在考虑周到得多的实施例中，粘合层20由从由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑性聚氨酯(TPU)以及其它这样的材料组成的组中选择的材料制成。然而，本领域技术人员将会了解适合于制造粘合层20的其它材料。
已经发现，把含有为硅酸铝锂相形式的晶体结构的玻璃陶瓷材料用作硬层12会得到充分吸收至少一部分紫外线光谱的陶瓷材料。因此，在把这种玻璃陶瓷材料用作硬层12的实施例中，粘合层20基本上不会因为暴露于穿过硬层12的紫外线辐射而降解。本领域技术人员会了解，在不背离本发明精神和范围的情况下，其它玻璃陶瓷材料对粘合层20提供类似的紫外线辐射防护，并且这样的玻璃陶瓷材料可用于制造硬层12。
还已经发现，与传统的硼硅浮法玻璃材料相比，玻璃陶瓷材料具有较低的热膨胀系数。而且，在一些考虑更周到的实施例中，粘合层20由具有足够低到具有与玻璃陶瓷材料同等热膨胀性能的热膨胀系数的材料制成。在其它实施例中，粘合层20由具有足以保持硬层12与背层14之间的剪切柔量的粘合系数的材料制成，同时，透明装甲系统IOa承受由于透明装甲系统IOa的温度从低于结冰点到超过85摄氏度的变化所引起的热膨胀。本领域技术人员将会了解适合于在硬层12与背层14之间获得这种剪切柔量的材料。
图3示出本发明透明装甲系统IOb的另一实施例。在图3所示实施例中，在硬层12与背层14之间布置至少一个加强层22。与硬层12类似，每个加强层22都由玻璃陶瓷材料制成，玻璃陶瓷材料具有的硬度和抗压强度足以充分吸收来袭炮弹16的撞击的至少一部分。在每个加强层22之间、在加强层22与硬层12之间以及在加强层22与背层14之间提供另外的粘合层20。
图4示出撞击图3所示透明装甲系统IOb的实施例的炮弹16。如图4所示，加强层22用来为透明装甲系统IOb提供结构稳定性，并且在硬层12受到弹道撞击而导致结构损坏的过程中进一步吸收从硬层12传向加强层22的能量。相对硬层12与炮弹16位于相反侧的每个随后的加强层22进一步吸收从在前的层传来的能量。在这种构造中，对每个连续层12、22的碎裂、变形及其它损坏的量随着炮弹16的撞击穿过透明装甲系统IOb而减少。此外，每个加强层22提供容纳在前的层碎裂所产生的碎片例如炮弹撞击所产生的碎片的装置。
在图3和4所示实施例中，提供带有配合粘合层20的两个加强层22。然而，应当理解，在不背离本发明精神和范围的情况下，可以提供任何数量的带有配合粘合层20的加强层22。此外，应当理解，加强层22的提供不是实施本发明所必需的。
图5示出透明装甲系统IOc的另一实施例。在图5所示实施例中，在硬层12的前表面26上层压有覆盖层24。覆盖层24是由透明材料制成的层，与前表面26至少保持简单的密切接触。在一个实施例中，覆盖层24由聚合物材料制成。在另一实施例中，覆盖层24由玻璃材料制成。本领域技术人员将会了解适合用于制造覆盖层24的其它材料。
覆盖层24与背层14配合以容纳由硬层12碎裂所产生的碎片。在结合有覆盖层24的数个实施例中，在硬层12与覆盖层24之间提供另外的粘合层20，以便将覆盖层24固定到前表面26上。在考虑更周到的实施例中，覆盖层24选择为给透明装甲系统10提供表面防护特性，例如耐磨性、耐化学腐蚀性以及其它表面防护特性。例如，在一个实施例中，覆盖层24从例如聚碳酸脂的基本上抗刮擦材料中选择，由此用来保护硬层12使其不会因为每天的使用而有刮痕和污点。此外，用聚碳酸脂制造覆盖层24得到的覆盖层24还是紫外线辐射吸收剂，由此进一步保护各个粘合层20使其不会在户外透明装甲应用中因为暴露于紫外线辐射而降解。本领域技术人员将会了解用于制造覆盖层24的其它合适材料。在一个实施例中，提供多个覆盖层24。在此实施例中，一个覆盖层24为透明装甲系统10提供耐磨特性，而另一覆盖层24提供耐化学特性。应当理解，可以考虑多个覆盖层24的其它合适构造。
图6示出撞击图5所示透明装甲系统IOc的实施例的来袭炮弹16。在本实施例中，覆盖层24选择为具有足够的厚度和强度以容纳硬层12的碎裂例如弹道撞击导致的碎裂所产生的碎片。如图6所示，来袭炮弹16 —旦撞击透明装甲系统10c，来袭炮弹16就刺穿覆盖层24且撞击硬层12。一旦硬层12受到来袭炮弹16的撞击力，就预料到硬层12的变形以及硬层12的碎裂。因此，在图6的实施例中，覆盖层24与背层14配合以进一步使硬层12的各种碎裂片基本上保持在硬层12的初始结构中，由此改善透明装甲系统10的多次撞击性能和现场耐久性。
在某些考虑更周到的实施例中，覆盖层24和背层14都选择为张紧靠着硬层12和加强层22。例如，通过将覆盖层24和背层14都选择为具有大于硬层12的热膨胀系数来实现这种张紧。应当理解，在本领域中，大多数玻璃陶瓷材料在-40到85摄氏度的温度范围内的热膨胀系数等于或接近于零。在此实施例中，覆盖层24和背层14在升高温度的状态下应用在硬层12和加强层22上，并且随后可以进行冷却，从而使覆盖层24和背层14张紧靠着硬层12和加强层22。在这种构造中，覆盖层24与背层14配合以使硬层12和加强层22处于压缩状态，由此改善透明装甲系统IOc的复合强度。这种压缩还用来确保硬层12的各种碎裂片基本上处于硬层12的初始结构中。
图7涉及本发明的透明装甲系统10的一种可行应用。图7示出采用由透明装甲系统10的板制成的挡风玻璃30和车窗32的装甲车28。装甲车28的各个车身表面由不透明的弹道装甲结构制成。在本应用中，由透明装甲系统10制成的挡风玻璃30和车窗32用来提供对通过车辆28的挡风玻璃30和车窗32瞄向车辆内部的弹道炮弹的防护。这样，透明装甲系统10的各个板与装甲车身的不透明弹道装甲结构配合，从而在装甲车28内部形成基本上密封的弹道装甲防护。
尽管图7的应用是采用基本上平坦的挡风玻璃30和车窗32，但是本领域技术人员应当理解，透明装甲系统10可构造成类似的多种表面形状以及多种三维形状。这样，该应用并不是用来将所附权利要求
的范围限定或以任何方式限制为透明装甲系统10的任何特定整体形状。就此而言，可以设想采用基本上被一体的背层14和覆盖层24围绕的硬层12芯的结构形状。
图8-11涉及也是本文所公开的制造透明装甲系统10的方法。如下文进一步论述的，制造方法总的包括提供硬层12和背层14，并且用背层14基本上覆盖硬层12的后表面
18。将粘合层20以基本上共面的形式提供和布置在硬层12与背层14之间。然后将各层12,14,20以基本上共面的结构保持在一起，同时，使得粘合层20将硬层12连接到背层14上。
在图8-10所示的方法实施例中，提供基本上相容的且基本上气密的容器34，以便以基本上共面的结构保持各层。容器34的尺寸和体积大致容纳由透明装甲系统10制成的板。参照图8，分别提供有硬层12和背层14。选择性地，还提供的是，所选数量的加强层22足以允许完工的板实现特定应用所要求的弹道阻止能力。同样，提供足够数量的粘合层20将硬层12、背层14和各个加强层22粘合在一起。选择性地，提供覆盖层24以及另外的粘合层20，该粘合层20将覆盖层24粘合到硬层12的前表面26上。
如图9所示，材料的各层以基本上共面的形式堆叠。覆盖层24(如果有的话)和背层14布置在硬层12的相对两侧上，在背层14与硬层12之间布置任意的加强层22，并且至少一个粘合层20把各个相继的层分开。参照图10，硬层12、加强层22、粘合层20、背层14和任意的覆盖层24配合以形成层压结构36。
再参照图9，层压结构36放在容器34之内。然后将容器34密封且抽成低压，由此迫使层压结构36的各部件紧密接近。如图11所示，在已经抽空时，把含有层压结构36的容器34放入罐38中。然后加热罐38，从而把层压结构36加热到使粘合层20软化且变得有粘性的温度。在考虑更周到的实施例中，粘合层20被加热到在层压结构36的各层之间形成液体界面的温度点。然后液体界面能够基本上填充层压结构36的各层上的表面光学缺陷，否则这些表面光学缺陷会影响层压结构36的整体透明度。
之后，在罐38内向容器34外部作用气体压力。粘合层20的温度与罐38内的压力的组合被保持足够长的时间，从而在层压结构36内形成期望的粘合量，并且任意填充整个层压结构36中的表面光学缺陷。在一个实施例中，层压结构36内的粘合持续到可能出现这样的点，即层压结构36的温度下降不会在层压结构36内产生过多的不利残余应力。当在层压结构36内已经达到期望的粘合量时，降低层压结构36的温度，从而牢固地固化粘合层20，由此形成完工的透明装甲系统10。然后释放罐38内的压力和容器中的真空，移出完工的透明装甲系统10。
通过上面的描述，可以理解，已经提供了一种透明装甲系统10和制造方法。该透明装甲系统提供的透明弹道装甲结构能够提供与传统透明装甲结构同等的弹道防护，但与传统透明装甲结构相比减小了空间重量。该透明装甲系统提供的层压结构具有透光性、较低的散射、层间粘合强度、抗刮擦和耐磨性、多次撞击性能、热环境稳定性和轻重量。
此外，该透明装甲系统提供的透明弹道装甲结构能够提供与同样空间质量的传统透明装甲结构相比增强的弹道防护。该透明装甲系统提供了抵抗碎裂弹道的提升的防护。例如，透明装甲系统的一个实施例已经表明，在离爆炸点三米处的地方，经得住相当于双155简易爆炸装置。在此试验中，碎裂弹道炮弹的前进速度推断为大于3，000英尺每秒。可以设想，透明装甲系统的层间分层促进了冲击波传播延迟，能够保护硬层材料不受到来自往往先于来袭炮弹的冲击波的损坏。这种冲击波传播延迟用来保护硬层，使来袭炮弹接触未损坏的硬层。
尽管通过数个实施例的描述解释了本发明，并且尽管详细描述了所示实施例，但是申请人并不是要将所附权利要求
的范围限定或以任何方式限制到这种详细描述。本领域技术人员会明显看出其它变型。因此不把更宽方面的本发明限制到特定详细描述、代表性装置和方法以及所示和描述的示例性实施例。因此，在不背离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以对这种详细描述做出变更。
权利要求
1.一种对抗来袭炮弹的装甲系统，所述装甲系统包括: 第一玻璃陶瓷层； 第二玻璃陶瓷层，所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层各包括硅酸铝锂晶体并且具有玻璃陶瓷折射率； 第一粘合层，所述第一粘合层将所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层彼此粘合； 聚合物背层，其具有背层折射率； 第二粘合层，该第二粘合层将所 述第二玻璃陶瓷层和聚合物背层彼此粘合，所述第一粘合层和第二粘合层都有粘合折射率； 其中，所述粘合折射率、玻璃陶瓷折射率和背层折射率基本上相匹配，所述第一粘合层和所述第二粘合层用于分别填补所述聚合物背层、第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层的表面不平整，从而使装甲系统基本上透明。
2.根据权利要求
1所述的装甲系统，其中，所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层各包括占娃酸招裡晶体材料质量的小于70%的晶体。
3.根据权利要求
1所述的装甲系统，其中，所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层各包括占娃酸招裡晶体材料质量的约在60%和70%之间的晶体。
4.根据权利要求
2所述的装甲系统，其中，所述晶体总体具有每个晶体小于约两百纳米的平均尺寸。
5.根据权利要求
1所述的装甲系统，所述聚合物背层包含聚合物板，所述聚合物板具有足够的强度和厚度以基本上承受在所述前表面的弹道撞击期间施加给所述聚合物背层的应力。
6.根据权利要求
1所述的装甲系统，其中，所述第一粘合层和第二粘合层各包含热塑性粘合剂。
7.根据权利要求
1所述的装甲系统，其中，所述第一粘合层和第二粘合层各包括由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和热塑性聚氨酯(TPU)组成的组中选择的材料。
8.根据权利要求
1所述的装甲系统，其中，所述第一玻璃陶瓷层包括一个用于面对来袭炮弹的前表面，所述装甲系统还包括基本上覆盖所述前表面的覆盖层，所述覆盖层的折射率与所述粘合折射率、玻璃陶瓷折射率和背层折射率基本上相匹配，从而使所述装甲系统基本上透明。
9.根据权利要求
8所述的装甲系统，其中，所述覆盖层包含聚合物板，所述聚合物板具有足够的强度和厚度以与所述背层配合，从而由于在所述前表面的弹道撞击期间所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层碎裂而在所述覆盖层与所述背层之间基本上容纳所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层。
10.根据权利要求
8所述的装甲系统，还包括布置在所述覆盖层与所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层之间的第三粘合层，所述第三粘合层配置成将所述覆盖层连接到所述第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层上。
11.根据权利要求
10所述的装甲系统，其中，所述第三粘合层的折射率与所述粘合折射率、玻璃陶瓷折射率、背层折射率相匹配，从而保持所述装甲系统基本上透明。
12.根据权利要求
10所述的装甲系统，其中，所述第三粘合层包括从由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和热塑性聚氨酯(TPU)组成的组中选择的材料。
13.根据权利要求
1所述的装甲系统，其中，所述装甲系统还包括: 第二粘合层； 第三玻璃陶瓷层，其具有玻璃陶瓷折射率，其中，第三粘合层将第三玻璃陶瓷层与第一玻璃陶瓷层粘合，从而使第三玻璃陶瓷层的外表面对着来袭炮弹； 所述第三粘合层用于基本上填补第一玻璃陶瓷层和第三玻璃陶瓷层的表面不平整，从而使装甲系统基本上透明。
14.一种用于制造装甲的方法，包括以下步骤: a.)提供基本上透明的第一玻璃陶瓷层，所述第一玻璃陶瓷层形成有前表面和后表面，所述第一玻璃陶瓷层在整个玻璃陶瓷材料块的范围具有晶体； b.)提供基本透明的第二玻璃陶瓷层，其覆盖第一玻璃陶瓷层，第二玻璃陶瓷层包括在整个玻璃陶瓷材料块的范围内的晶体； c.)提供位于第 一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层之间的第一粘合层，所述第一粘合层的折射率与第一玻璃陶瓷层和第二玻璃陶瓷层的折射率基本上相匹配； d.)提供背层，所述背层的折射率与所述第一玻璃陶瓷层的折射率基本上相匹配；以及 e.)用所述背层基本上覆盖所述第二玻璃陶瓷层的、与所述第一粘合层相对的表面。
15.根据权利要求
14所述的方法，其中，用所述背层基本上覆盖所述表面的所述步骤还包括以下步骤: a.)提供第二粘合层，所述第二粘合层具有用于将所述背层连接到所述第二玻璃陶瓷层上的特性； b.)将所述第二粘合层以基本上共面的形式布置在所述背层与所述第二玻璃陶瓷层之间以形成层压结构； c.)保持所述粘合层与所述背层和所述第二玻璃陶瓷层密切接触；以及 d.)使所述第二粘合层将所述背层连接到所述表面上以形成所述装甲。
16.根据权利要求
15所述的方法，其中，提供所述第一粘合层和第二粘合层的所述步骤各包括:提供由热塑性粘合剂制成的所述第一粘合层和第二粘合层，使所述第二粘合层将所述背层连接到所述后表面上以形成所述装甲的所述步骤还包括以下步骤: a.)将所述第二粘合层加热到足够的温度以使所述第二粘合层形成用于将所述背层连接到所述第二玻璃陶瓷层上的粘合特性； b.)使所述第二粘合层粘附到所述背层和所述第二玻璃陶瓷层上；以及 c.)使所述第二粘合层冷却到足以牢固地固化所述第二粘合层的温度。
17.根据权利要求
15所述的方法，其中，保持所述第二粘合层与所述背层和所述第二玻璃陶瓷层密切接触的所述步骤还包括以下步骤: a.)提供基本上相容的且基本上气密的容器； b.)将所述层压结构放入所述容器中；以及 c.)密封所述容器且基本上抽出所述容器中的气体，由此迫使所述背层和所述第二玻璃陶瓷层紧密接近所述第二粘合层。
专利摘要
一种透明装甲系统包括硬层和背层，该硬层由基本上透明的玻璃陶瓷材料制成，在整个玻璃陶瓷材料块的范围具有晶体，该背层覆盖该硬层的后表面，背对预期的来袭炮弹。该背层的折射率与该硬层的折射率基本上相匹配，从而使所述透明装甲系统基本上透明。在某些实施例中，提供粘合层来将该背层粘合到该硬层上。该硬层用来分散来袭炮弹撞击该透明装甲系统所引起的能量，同时该背层用来保留弹道撞击期间碎裂的硬层的任何碎片。
文档编号F41H5/04GKCN101702934 B发布类型授权 专利申请号CN 200880016828
公开日2013年6月19日 申请日期2008年3月20日
发明者J·卡伯里, G·D·福塞思, K·莱顿 申请人:肖特钻石观察装甲产品有限责任公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),