专利名称：一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法
技术领域：
本发明属于结构功能材料技术领域，特别是提供了一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法。
背景技术：
国内外很多学者对陶瓷/金属复合装甲的相关理论、防护机理、制备工艺、分析方法以及数值模拟和结构优化等方面进行了细致的研究。研究内容涉及了陶瓷/金属复合装甲的防弹机理、陶瓷/金属的种类、厚比、排列方法、陶瓷预应力等的影响以及所采用的模拟方法等问题。但大多数是以矩形陶瓷片夹放在金属或非金属之间为主题进行研究的，层与层之间主要以有机胶粘接为连接物，界面结合强度较低，影响防弹性能。此外，由于陶瓷/金属复合防弹材料结构及其实弹打击物理过程的复杂性，仅仅通过目前的数值模拟技术和实验室实验还不能完全反应这种物理过程的真实性。本发明通过对陶瓷片种类、形状、厚度、层间结合方式等的研究找出了一种方法，通过该方法可以制备出结构合理的钢质蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法，在陶瓷片形状、蜂窝结构以及界面连接等方面具有优良的防弹效果的钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板材料。
本发明的复合防弹装甲板由金属面板1、蜂窝芯板3、陶瓷芯片4、金属背板6通过有机胶粘层2和金属钎焊层5粘结在一起构成。
本发明所述的金属面板为低合金CrMo防弹钢板，所述的陶瓷片为99％Al2O3和BC，所述的高强度结构胶为环氧树脂基胶粘剂，所述的金属钎焊层为Ag72Cu金属钎料。
钢质蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板材料的制作过程是首先准备材料，所需材料包括(1)采用钎焊或线切割方法加工出蜂窝芯板，如图1和图2所示，芯板厚度为3～5mm，窝孔的边长为15～25mm。(2)加工陶瓷芯片，如图3所示。陶瓷片材质为99％Al2O3和BC，陶瓷片可以做成平面，也可以做成曲面形状，其尺寸应与蜂窝芯板上的蜂窝孔尺寸相配合。(3)面板和背板应采用冷轧后经过热处理的防弹钢板，面板厚度为厚度0.2～0.5mm，背板厚度为0.5～1.5mm。(4)界面连接所用的Ag72Cu金属钎料及环氧树脂基高强度结构胶。其次组装焊接，结构如图4及图5所示，具体工艺是(1)将金属钎料夹放在背板与蜂窝芯板之间，置于真空炉内，于1×10-1～1×10-2Pa真空度下，加热到830～860℃，保温25～45min进行钎焊，冷却后取出。(2)将99％Al2O3和BC正六边形陶瓷片涂胶后放入蜂窝芯板的正六边形窝孔内压平，待胶层完全固化后再将芯板、陶瓷片和面板待粘表面涂胶粘接，完全固化后即可。
本发明所述的金属面板为低合金CrMo防弹钢板，所述的陶瓷片为99％Al2O3和BC，所述的高强度结构胶为环氧树脂基胶粘剂，所述的金属钎焊层为Ag72Cu金属钎料。
本发明的优点在于以正六边形陶瓷片为夹芯材料，从陶瓷片的受力角度分析可知，正六边形陶瓷片在受到冲击力作用时，其受力要比正方形、长方形等均匀，破碎时单位体积内吸收的能量高于正方形、长方形等防弹陶瓷。与圆形陶瓷片相比，正六边形陶瓷片可以在平面或曲面内均匀相间紧密排列，在性能相同情况下，用正六边形陶瓷片生产出来的复合防弹板的面密度要比用圆形陶瓷片生产出来的复合防弹板的面密度低。因此，采用正六边形陶瓷片作为夹芯材料是比较理想的选择。
陶瓷片置于正六边形蜂窝孔内被蜂窝孔壁隔开，以钢蜂窝孔壁隔离陶瓷片比采用聚酯胶或橡胶条等隔离陶瓷片的作用要好得多，这主要是因为一方面蜂窝孔壁对碎裂的陶瓷片有较强的约束作用，可以限制陶瓷片的碎裂飞溅，提高陶瓷片对弹体的阻碍作用。另一方面，以钢蜂窝孔壁隔离陶瓷片可以阻隔被弹体击中的陶瓷片上的裂纹向相邻陶瓷片的传播，从而提高复合防弹板抗二次弹击的能力。
多层结构有利于分散弹体动能，提高防弹板的整体刚度。采用钢/陶瓷/钢/陶瓷/钢多层结构时由于钢与陶瓷的硬度及抗压强度上的差别，因此，有利于分散弹体的动能。同时，由于钢的拉伸强度远大于陶瓷的拉伸强度，因此，多层结构有利于提高防弹板的整体刚度。
粘接方式不同也可大大提高复合防弹板的抗弹能力。金属面板与蜂窝芯板之间、陶瓷片与面板之间、陶瓷片与背板之间、陶瓷片与芯板之间采用高强有机结构胶粘结时，由于有机结构胶的波阻抗远小于金属面板、金属背板和陶瓷片的波阻抗，因此，对弹体撞击在金属面板上所产生的冲击波具有一定的消减作用，从而延迟陶瓷片的碎裂，提高复合防弹板的抗弹能力。此外，金属背板与蜂窝芯板之间以及陶瓷片与金属背板之间采用金属钎料钎焊连接时，一方面钎焊连接的界面结合强度远远高于有机胶粘接的界面结合强度，可以提高对陶瓷片的约束能力，限制陶瓷片的碎裂飞溅。另一方面，当金属背板与蜂窝芯板之间采用金属钎料连接时，金属钎料层的波阻抗远高于有机胶粘剂层的波阻抗，可以将陶瓷片上的冲击波快速传递给金属背板，金属背板通过变形吸收能量，这也将减缓陶瓷片的碎裂，提高陶瓷片对弹体的阻挡和犁削能力。
图1是正六边形钢蜂窝芯板的结构示意图。
图2是正六边形钢蜂窝芯板中单个蜂窝孔的孔型尺寸3是正六边形陶瓷片的结构示意图。
图4和图5是钢质蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板材料的结构示意图。其中，金属面板1、有机胶粘层2、蜂窝芯板3、陶瓷芯片4、金属钎焊层5、金属背板6。
具体实施例方式
首先准备材料，所需材料包括采用钎焊或线切割方法加工出图1所示的蜂窝芯板(3)；加工图3所示的陶瓷芯片(4)，陶瓷片可以做成平面，也可以做成曲面形状，其尺寸应与蜂窝芯板上的蜂窝孔尺寸相配合；金属面板(1)和金属背板(6)应采用冷轧后经过热处理的防弹钢板；界面连接所用的Ag72Cu金属钎料及环氧树脂基高强度结构胶。
其次组装焊接，结构如图4及图5所示，具体工艺是将Ag72Cu金属钎料夹放在金属背板(6)与蜂窝芯板(3)之间，置于真空炉内，于1×10-2Pa真空度下，加热到845℃，保温45分钟进行钎焊，冷却后取出；将正六边形陶瓷片(4)涂胶后放入蜂窝芯板(3)的正六边形窝孔内压平，待胶层完全固化后再将蜂窝芯板(3)、陶瓷片芯(4)和金属面板(1)待粘表面涂胶粘接，完全固化后即可。
权利要求
1.一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板，其特征在于由金属面板(1)、蜂窝芯板(3)、陶瓷芯片(4)、金属背板(6)通过有机胶粘层(2)和金属钎焊层(5)粘结在一起构成；所述的金属面板为低合金CrMo防弹钢板，所述的陶瓷片为99％Al2O3和BC，所述的有机胶粘层为环氧树脂基高强度结构胶粘剂，所述的金属钎焊层为AgCu金属钎料。
2.一种制备权利要求1所述的钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板的方法，其特征在于a、准备材料，采用钎焊或线切割方法加工出蜂窝芯板；加工陶瓷芯片，陶瓷片做成平面或做成曲面形状，其尺寸应与蜂窝芯板上的蜂窝孔尺寸相配合；面板和背板应采用冷轧后经过热处理的防弹钢板；界面连接用的AgCu金属钎料及环氧树脂基高强度结构胶；b、组装焊接，具体工艺为将金属钎料夹放在背板与蜂窝芯板之间，置于真空炉内，于1×10-1～1×10-2Pa真空度下，加热到830～860℃，保温25～45分钟进行钎焊，冷却后取出；将正六边形陶瓷片涂胶后放入蜂窝芯板的正六边形窝孔内压平，待胶层完全固化后再将芯板、陶瓷片和面板待粘表面涂胶粘接。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的金属面板为低合金CrMo防弹钢板，所述的陶瓷片为99％Al2O3和BC，所述的金属钎料为AgCu金属钎料，所述的有机胶粘层为环氧树脂基高强度结构胶粘剂。
全文摘要
本发明提供了一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法，属于结构功能材料技术领域。复合防弹装甲板由金属面板(1)、蜂窝芯板(3)、陶瓷芯片(4)、金属背板(6)通过有机胶粘层(2)和金属钎焊层(5)粘结在一起构成。制备方法为采用钎焊或线切割方法加工出蜂窝芯板；加工陶瓷芯片，陶瓷片做成平面或做成曲面形状，其尺寸应与蜂窝芯板上的蜂窝孔尺寸相配合；面板和背板应采用冷轧后经过热处理的防弹钢板；界面连接用的Ag72Cu金属钎料及环氧树脂基高强度结构胶；组装焊接。本发明的优点在于在陶瓷片形状、蜂窝结构以及界面连接等方面具有优良的防弹效果。
文档编号B32B37/00GK1746609SQ200510086629
公开日2006年3月15日 申请日期2005年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者韩静涛, 井玉安 申请人:北京科技大学