一种锥台嵌挤围压约束陶瓷复合装甲及其制备方法

本发明属于装甲，具体涉及一种锥台嵌挤围压约束陶瓷复合装甲及其制备方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、由于陶瓷材料具有低密度、高硬度、高抗压强度等特点，在防护领域越来越显示出它们的优越性。但陶瓷材料韧性低，为了防止弹体冲击陶瓷材料时出现崩塌和飞溅等现象，需要钢材等高韧性材料约束构成复合结构，以表现出较好的抗弹性能，然而在抗多发弹打击性能、弹丸打击后整体性仍然需要进一步提高。发明人前期的研究是通过将陶瓷等材质的填充台体压入金属或纤维增强复合材料制成的约束环内圈中，得到预应力约束块，利用约束环的弹性恢复力对填充台体施加侧向预应力，增加约束块的抗侵彻和抗爆炸冲击性能。

3、但是发明人进一步研究发现，在对预应力约束块进行拼接时，相邻两预应力约束块之间容易发生错位或分离，难以实现紧密无缝拼接，进而难以保证装甲的整体性能。现有的约束环只是一个环体结构，虽然可以对填充台体施加侧向的预应力，但是对弹体冲击陶瓷材料时的陶瓷飞溅现象改善较为有限，难以满足实际需求。

技术实现思路

1、本发明针对现有预应力约束陶瓷装甲存在的问题，提出了一种锥台嵌挤围压约束陶瓷复合装甲及其制备方法，该复合装甲能够在室温条件下实现快速装配的轻型预应力约束块复合装甲结构。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种锥台嵌挤围压约束陶瓷复合装甲，包括核心层和三维缠绕层，三维缠绕层设置于核心层的外侧；

4、核心层包括整板拼接陶瓷、胶膜和纤维布；

5、所述整板拼接陶瓷由预应力约束块拼接而成，预应力约束块包括过盈配合的约束环和陶瓷填充台体；

6、约束环的外侧壁上设置有相互配合的拼接咬合齿。

7、目前对陶瓷施加预应力的方法主要是机械挤压法和热装法，传统的机械挤压法的设备构造较为复杂，难以在实际工程中应用。热装法则是将钢等金属材质约束环升温，将陶瓷装入约束环中，整体降温，收缩快的金属约束环对陶瓷施加预应力。由于高强度纤维增强复合材料(frp)比金属材料具有更高的比强度，其提供预应力的潜力远高于后者，但其耐温性较差，不适合采用热装法施加预应力，因此限制了frp作为预应力约束材料的应用。

8、本发明中，在约束环的外侧壁上设置相互配合的拼接咬合齿，使预应力约束块之间更容易拼接，有效防止拼接过程中发生错位并且增加剪切力和整体性。通过三维缠绕可以实现三维预应力约束，将整板拼接陶瓷的相邻两预应力约束块之间结合更加紧密。通过拼接咬合齿和三维缠绕的协同作用，使复合装甲具有更好的整体性，有利于减少在弹丸侵彻中靶体碎片飞溅引起的二次杀伤威胁，使复合装甲具有更好的抗多发弹打击性能。

9、在一些实施例中，所述约束环的一端开口，另一端由碳纤维布封口。陶瓷具有脆性低、韧性高的性质，所以在受到子弹冲击时，容易出现崩塌和飞溅的情况，在约束环的一端采用碳纤维布封口，可以对飞溅的陶瓷起到较好的拦截作用。

10、优选的，约束环的材质为纤维增强复合材料，所述碳纤维布向约束环的内壁延伸，覆盖约束环的整个侧壁，并与约束环一体成型。

11、纤维增强复合材料约束环为了实现高效率的工业化生产，在制备过程中是采用纤维丝束浸胶后，经环向缠绕模具进行制备，固化成型。采用该种制备方法使得纤维丝束仅沿约束环的环向设置，并没有沿约束环的轴向设置，靶体上下表面没有受到约束，使得约束环的轴向力学性能欠佳，靶体抗侵彻性能较差。将用于封口的碳纤维布覆盖约束环的整个内壁，并与约束环一体成型，有利于对约束环的整体尤其是轴向进行加固，形成三维约束以提高约束环的整体力学性能进而提高靶体的抗侵彻性能。

12、优选的，约束环包括内约束环和外约束环，陶瓷填充台体过盈配合于内约束环的内部，外约束环过盈配合于内约束环的外侧，且内外约束环的碳纤维布分别位于陶瓷填充台的两侧。

13、在一些实施例中，所述核心层还包括至少一个加固层，加固层粘结于整板拼接陶瓷的侧面，用于加固。

14、优选的，所述加固层包括第一加固层和第二加固层，第一加固层和第二加固层分别位于整板拼接陶瓷的两侧。

15、进一步优选的，加固层位于整板拼接陶瓷外侧。

16、优选的，所述加固层为芳纶纤维布或超高分子量聚乙烯布。

17、在一些实施例中，所述核心层还包括钛合金板，钛合金板位于整板拼接陶瓷的两侧。钛合金板用于使胶膜均匀平整的铺满拼接陶瓷，增加靶体的强度。

18、第二方面，本发明提供所述锥台嵌挤围压约束陶瓷复合装甲的制备方法，包括如下步骤：

19、在约束环模具侧板及底板涂抹脱模剂，碳纤维浸胶后均匀缠绕于模具表面，固化后，得约束环，在约束环外侧壁加工拼接咬合齿；

20、在约束环的内壁涂粘结剂，将陶瓷填充台体压入约束环内，得到预应力约束块；

21、将预应力约束块在预紧工装中进行拼接，得整板拼接陶瓷；

22、依次将脱模布、芳纶纤维布、聚氨酯/eva胶膜、整板拼接陶瓷、聚氨酯/eva胶膜、芳纶纤维布、衬板、透气毡在预紧工装中铺层，采用定力矩扳手紧固得铺层模块，将其置于真空袋中，抽真空，热压复合，固化后将脱模布及衬板、透气毡去除后得核心层；

23、在核心层表面三维缠绕预浸树脂纤维布得到三维缠绕层，采用隔离膜包覆后，抽真空，热压成型，即得。

24、透气毡的作用是保证抽真空过程中，将其中的空气完全抽出，以避免残留的空气使复合装甲的强度降低导致靶体抗侵彻性能降低。隔离膜用在复合材料与真空袋之间，使得真空袋可以很容易地从产品上剥离。

25、在一些实施例中，所述缠绕为交叉缠绕。可以增强约束环的抗剪切能力。

26、在一些实施例中，在约束环的制备过程中，还包括将碳纤维带采用树脂粘贴到约束环模具上的步骤，在碳纤维带的表面缠绕浸胶碳纤维，制备得到一端采用碳纤维带封口的内约束环或外约束环。

27、优选的，将陶瓷填充台体压入内约束环内得到内预应力约束块再将其压入外约束环内，得到预应力约束块。

28、在一些实施例中，还包括在整板拼接陶瓷表面铺设加固纤维布和/或钛合金板以及胶膜的步骤。

29、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

30、通过锥台嵌挤的原理，可以对锥台陶瓷块施加足够大的预应力，很大程度地提高复合装甲的抗弹性能。复合材料约束环采用碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等高强度、高抗蠕变性能的纤维蘸取树脂粘结剂(环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等)缠绕在约束环模具上固化而成，碳纤维具有密度小的特点，可以降低约束环的质量；复合材料约束环上的梯形齿纹采用让位设置，保证相邻复合材料约束环共用拼接缝的两个相对面的梯形齿纹不相互冲突，实现对向交替相间布置，最好在水平方向让位布置，便于垂直插入安装到位，不受对面凸齿占位影响；采用纤维布对拼装预应力陶瓷板进行三维约束，增加整体性，最终制得一种可以在室温条件下实现快速装配的轻型装甲。

31、本发明将施加预应力的约束环采用纤维等复合材料制成，比原装置的金属材料约束环具有更高的强度、更小的密度，在减轻预应力约束块的同时还可以提供更大潜力的预应力约束，提高抗侵彻性能，更有利于此复合结构应用于轻型装甲中。

32、本发明与热装法施加预应力的方法相比，不需要通过加热改变构件的相对尺寸，因此对于本发明采用的纤维增强聚合物约束环可以在室温条件下非常简便的对陶瓷施加径向预应力，降低因温度带来的材料性能损失。