CN101650148B - 一种陶瓷/复合材料夹层防护结构 - Google Patents

一种陶瓷/复合材料夹层防护结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于防护结构设计技术，涉及对陶瓷/复合材料防护结构的改进。它由一层陶瓷面板[1]和与陶瓷面板[1]粘接的背板组成，其特征在于，所说的背板为夹层板，该夹层板由两层纤维增强树脂基复合材料板[2]和夹在上述两层纤维增强树脂基复合材料板之间的泡沫铝芯板[3]组成，纤维增强树脂基复合材料板[2]和泡沫铝芯板[3]由板芯胶粘接构成夹层板。本发明所用夹层结构背板可在同等面密度的条件下为陶瓷面板提供刚性更大的支撑，充分发挥陶瓷材料高压缩强度的优势。夹层结构中的闭孔泡沫铝还可以延迟弹击时冲击波沿厚度方向的传递，延缓冲击波对陶瓷面板的破坏，提高整体防护结构的弹道极限速度。

Description

一种陶瓷/复合材料夹层防护结构
技术领域
本发明属于防护结构设计技术，涉及对陶瓷/复合材料防护结构的改进。
背景技术
现有的陶瓷/复合材料防护结构采用以陶瓷为面板，以树脂基复合材料为背板的结构。这种结构的特点是：能充分发挥陶瓷材料与复合材料各自的优点。当弹体侵彻装甲时，首先撞击到陶瓷面板，利用陶瓷的高硬度、高模量、高压缩强度来钝化、破坏弹体，降低弹体的速度，增大了弹丸与背板的作用面积，同时破碎的陶瓷和弹体相互磨蚀，阻止弹体的进一步侵彻，这些机制消耗了弹体的大部分动能。然后利用复合材料背板良好的抗冲击性能和大变形能力来吸收弹体和破碎陶瓷的剩余能量，使弹体不能穿透背板，从而达到防护的目的。同时，复合材料背板对陶瓷面板提供刚度支撑，弥补陶瓷抗弯强度较低的缺点。陶瓷面板与背板之间以胶膜粘接在一起。现有陶瓷/复合材料防护结构的缺点是，由于复合材料背板要对陶瓷面板提供刚性的支撑以充分发挥陶瓷面板的抗弹作用，而提供足够的刚性支撑需要背板具有足够的厚度。背板厚度的增加提高了所用背板的面密度，即增加了整体防护结构的面密度，从而降低了防护结构的防护系数。
发明内容
本发明的目的是：提出一种面密度低、防护系数高的陶瓷/复合材料防护结构。
本发明的技术方案是：一种陶瓷/复合材料夹层防护结构，用于弹体侵彻的防护，它由一层陶瓷面板和与陶瓷面板粘接的背板组成，陶瓷面板和背板由胶膜粘接为整体，其特征在于，所说的背板为夹层板，该夹层板由两层纤维增强树脂基复合材料板和夹在上述两层纤维增强树脂基复合材料板之间的泡沫铝芯板组成，纤维增强树脂基复合材料板和泡沫铝芯板由板芯胶粘接构成夹层板；所说的陶瓷面板材料是热压烧结碳化硼或氧化铝，所说的纤维增强树脂基复合材料板是玻璃纤维或者芳纶纤维增强树脂基复合材料板，泡沫铝芯板为闭孔结构，泡沫铝芯板的孔隙率不小于70%、孔径1～5mm；所说的陶瓷面板的厚度t1＝4～10mm，纤维增强树脂基复合材料板的厚度t2=1～5mm，泡沫铝芯板的厚度t3=3～6mm。
本发明的优点是：与现有的陶瓷/纤维复合材料结构相比，本发明具有如下优点：
1、在同等面密度的条件下，夹层结构背板比单纯的复合材料背板可为陶瓷面板提供刚性更大的支撑，可以更好的拟补陶瓷材料抗弯强度较低的缺点，充分发挥陶瓷材料高压缩强度的优势。
2、夹层结构中的闭孔泡沫铝还可以延迟弹击时冲击波沿厚度方向的传递，延缓冲击波对陶瓷面板的破坏，提高防护结构的弹道极限速度。
因此，本发明与现有的陶瓷/复合材料结构相比，在同等防护要求下，面密度可降低10％以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种陶瓷/复合材料夹层防护结构，它由一层陶瓷面板1和与陶瓷面板1粘接的背板组成，陶瓷面板1和背板由胶膜粘接为整体，其特征在于，所说的背板为夹层板，该夹层板由两层纤维增强树脂基复合材料板2和夹在上述两层纤维增强树脂基复合材料板之间的泡沫铝芯板3组成，纤维增强树脂基复合材料板2和泡沫铝芯板3由板芯胶粘接构成夹层板。
所说的陶瓷面板材料是热压烧结碳化硼或氧化铝，所说的纤维增强树脂基复合材料板是玻璃纤维或者芳纶纤维增强树脂基复合材料板，泡沫铝芯板为闭孔结构，泡沫铝芯板的孔隙率不小于70%、孔径1-5mm。
所说的陶瓷面板1的厚度t1＝4～10mm，纤维增强树脂基复合材料板2的厚度t2=1～5mm，泡沫铝芯板3的厚度t3=3～6mm。
本发明的工作原理是：
1、陶瓷材料具有高硬度和高压缩强度，作为面板，受到冲击时钝化、破坏弹体，增大弹体与装甲的作用面积，同时破碎的陶瓷和弹体相互磨蚀，阻止弹体的进一步侵彻，这些机制消耗了弹体的大部分动能。
2、以纤维增强树脂基复合材料与泡沫铝芯体组成的夹层结构作为背板，为陶瓷面板提供支撑，弥补陶瓷材料抗弯强度较差的缺点，充分发挥陶瓷材料高压缩强度的优点。作为芯体的泡沫铝在冲击载荷作用下的应力-应变曲线经历弹性变形、塑性屈服、致密化三个阶段，在保持较低的应力水平下吸收大量的压缩能量，延迟高速冲击时应力波沿防护结构厚度方向上的传递，延缓冲击波对陶瓷面板的破坏，提高整体防护结构的弹道极限速度。
实施例
实施例1：
按本发明构思，制成了面板厚度为8mm，材料为热压烧结碳化硼，复合材料板厚度5mm，材料为芳伦纤维复合材料，泡沫铝芯体厚度6mm，孔径4mm，孔隙率90％。经弹击试验表明，该结构可抵御12.7mm口径钢芯弹头的贯穿。与现有陶瓷/复合材料结构相比，在同等防护水平下本发明所制防护结构的面密度降低14％。
实施例2：
按本发明构思，制成了面板厚度为10mm，材料为热压烧结氧化铝，复合材料板厚度5mm，材料为玻璃纤维复合材料，泡沫铝芯体厚度6mm，孔径4mm，孔隙率80％。经弹击试验表明，该结构可抵御12.7mm口径钢芯弹头的贯穿。与现有陶瓷/复合材料结构相比，在同等防护水平下本发明所制防护结构的面密度降低10％。
实施例3：
按本发明构思，制成了面板厚度为5mm，材料为热压烧结碳化硼，复合材料板厚度3mm，材料为芳伦纤维复合材料，泡沫铝芯体厚度4mm，孔径2mm，孔隙率80％。经弹击试验表明，该结构可抵御7.62mm口径钢芯弹头的贯穿。与现有陶瓷/复合材料结构相比，在同等防护水平下本发明所制防护结构的面密度降低12％。

Claims (1)

1.一种陶瓷/复合材料夹层防护结构，用于弹体侵彻的防护，它由一层陶瓷面板[1]和与陶瓷面板[1]粘接的背板组成，陶瓷面板[1]和背板由胶膜粘接为整体，其特征在于，所说的背板为夹层板，该夹层板由两层纤维增强树脂基复合材料板[2]和夹在上述两层纤维增强树脂基复合材料板之间的泡沫铝芯板[3]组成，纤维增强树脂基复合材料板[2]和泡沫铝芯板[3]由板芯胶粘接构成夹层板；所说的陶瓷面板材料是热压烧结碳化硼或氧化铝，所说的纤维增强树脂基复合材料板是玻璃纤维或者芳纶纤维增强树脂基复合材料板，泡沫铝芯板为闭孔结构，泡沫铝芯板的孔隙率不小于70%、孔径1～5mm；所说的陶瓷面板[1]的厚度t1＝4～10mm，纤维增强树脂基复合材料板[2]的厚度t2=1～5mm，泡沫铝芯板[3]的厚度t3=3～6mm。
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