CN102744929A - 含有液体金属层的复合型壳体 - Google Patents

Abstract

本发明属于防护技术领域，公开了一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体和烧蚀阻挡层，烧蚀阻挡层的内部或壳体本体和烧蚀阻挡层之间设有液体金属层，烧蚀阻挡层的内部设有至少一层液体金属层。本发明所实现的含有液体金属层的复合型壳体中，引入了具有良好导热特性的液体金属材料，使其在壳体外附着的上防热层内、烧蚀阻挡层内、下防热层内、上防热层与烧蚀阻挡层之间、烧蚀阻挡层与下防热层之间、或下防热层与壳体本体之间设有液体金属层，减少含有液体金属层的复合型壳体法线方向上的热量传递，实现对激光光斑辐照的烧蚀阻挡层表面的降温效果。

Description

含有液体金属层的复合型壳体

技术领域

本发明涉及防护技术领域，特别是涉及一种含有液体金属层的复合型壳体。

背景技术

高能激光武器的破坏效应主要有热烧蚀破坏、激波破坏以及辐射破坏三种。其中，热烧蚀破坏效应为最常见且最易发生的破坏效应。当高能激光武器的激光束照射到目标上后，目标壳体表面材料物质的电子由于吸收光能产生碰撞而转化为热能，使材料的温度由表及里迅速升高，当达到一定温度时材料被熔融甚至气化，由此形成的蒸气以极高的速度向外膨胀喷溅，同时冲刷带走熔融材料液滴或固态颗粒，从而在材料上造成凹坑甚至穿孔。目前，导弹、飞机、卫星的壳体一般都选用熔点在1500℃左右的合金材料，而功率2～3MW的脉冲高能激光只要在其壳体表面某固定部位辐照3～5s，便容易使其烧蚀熔融甚至气化。

以导弹为例，面对高能激光武器的威胁，为了提高导弹的突防能力，各国开始重视研究反激光措施，既有抗激光侦察的隐身技术，又有抗激光杀伤的防护技术，如旋转导弹、超高音速导弹等，而导弹表面涂覆反光涂层或隔热防护层的反激光措施尤为引人关注。现代导弹壳体结构一般由三层组成，即在燃料密封衬套层外逐层覆盖由玻璃纤维复合材料构成的导弹壳体层及外包层结构。而当前最常见的激光防护结构由两层防热层夹持一层抗激光烧蚀阻挡层组成，将此三层粘结在一起，固联到导弹壳体的外表面上。

但是现有的这种结构对防护材料的热耐受性提出了极高的要求，即防热层及烧蚀阻挡层必须具有非常高的软化或熔融温度，从而增加防护层材料的成本和复合型抗激光辐照壳体制作工艺复杂度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决现有的复合型抗激光辐照壳体制作工艺复杂，采用的防护层材料成本高，保护效果不好的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明一方面提供一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体和烧蚀阻挡层，烧蚀阻挡层的内部或壳体本体和烧蚀阻挡层之间设有液体金属层，烧蚀阻挡层的内部设有至少一层液体金属层。

为解决上述技术问题，本发明另一方面提供一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体、烧蚀阻挡层、上防热层和下防热层，烧蚀阻挡层设于上防热层和下防热层之间，上防热层内或烧蚀阻挡层内或下防热层内或上防热层与烧蚀阻挡层之间或烧蚀阻挡层与下防热层之间或下防热层与壳体本体之间设有液体金属层，上防热层内设有至少一层液体金属层，下防热层内设有至少一层液体金属层，烧蚀阻挡层内设有至少一层液体金属层。

进一步的，液体金属层的厚度小于烧蚀阻挡层厚度的四分之一。

进一步的，液体金属层的厚度小于烧蚀阻挡层厚度的八分之一。

进一步的，液体金属层内的液体金属材料为金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金、钠钾合金以及含有铟的伍德合金。

进一步的，烧蚀阻挡层采用的材料为陶瓷、浸渍重金属、树脂的碳纤维织物。

进一步的，上防热层和下防热层采用的材料为软木酚醛、软木环氧树脂、软木腈橡胶。

进一步的，上防热层的厚度为0.1～1cm。

进一步的，下防热层的厚度为0.1～1cm

(三)有益效果

本发明所实现的含有液体金属层的复合型壳体中，引入了具有良好导热特性的液体金属材料，使其在壳体外附着的上防热层内、烧蚀阻挡层内、下防热层内、上防热层与烧蚀阻挡层之间、烧蚀阻挡层与下防热层之间、或下防热层与壳体本体之间设有液体金属层，液体金属层制作简单，对防护层材料也没有过高要求；该夹层在壳体法线与切线方向上同时具备良好的导热性能，激光光斑照射于该壳体上，当光斑处所积聚的热量在传递至液体金属夹层时，由于液体金属夹层在平面与法线方向上悬殊的特征尺寸比例，使得此热量快速的在液体金属夹层的平面内扩展开来，由此不仅减少了含有液体金属层的复合型壳体法线方向上的热量传递，同时还可对激光光斑辐照的烧蚀阻挡层表面完成降温效果。另外，液体金属材料所具备的热膨胀及流动特性，可进一步提升其在平面内的热量扩散能力，最终可达到缓解或阻止防热层及烧蚀阻挡层发生软化或热烧蚀破坏的发生。

附图说明

图1是本实施1中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图2是本实施2中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图3是本实施3中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图4是本实施4中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图5是本实施5中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图6是本实施6中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图7是本实施7中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

图8是本实施8中含有液体金属层的复合型壳体的结构示意图；

其中，1：壳体本体；2：烧蚀阻挡层；3：液体金属层；4：上防热层；5：下防热层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2和液体金属层3，烧蚀阻挡层2与壳体本体1贴合于一起，在烧蚀阻挡层2的内部设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。

实施例2

如图2所示，一含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2和液体金属层3，在壳体本体1和烧蚀阻挡层2之间设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。

实施例3

如图3所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2和液体金属层3，烧蚀阻挡层2的内部设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属，在壳体本体1和烧蚀阻挡层2之间设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。

上述实施例1-3中，含有液体金属层的复合型壳体，使用时，当高能激光光斑照射在此含有液体金属层的复合型壳体上时，烧蚀阻挡层2的最外层首先受到辐照，其光斑内表面材料物质的电子将所吸收的光能转化为热能，使烧蚀阻挡层2在光斑照射范围内的温度迅速升高。由于液体金属层3中的液体金属材料具备良好的导热特性及流动性能，因此可将烧蚀阻挡层2在光斑照射范围内积聚的大量能量沿壳体平面方向进行快速疏散，从而有效降低光斑照射范围内的温度，最终延缓或阻挡烧蚀阻挡层2发生软化及热烧蚀破坏的发生，以达到抗激光辐照及防护的目的。

实施例4

如图4所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2和液体金属层3，烧蚀阻挡层2与壳体本体1贴合于一起，在烧蚀阻挡层2的内部设有两层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。在使用时。激光光斑所投入的能量被逐层扩散，此种结构不仅可有效降低每层液体金属夹层的厚度，同时提升壳体防护激光辐照的能力。

本实施中，设于烧蚀阻挡层2中的液体金属层3的数量，可根据液体金属层3内的液体金属材料和实际情况来设定，并不仅限于本实施例中的层数。

实施例5

如图5所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2、液体金属层3、上防热层4和下防热层5，烧蚀阻挡层2设于上防热层4和下防热层5之间，下防热层5与壳体本体1贴合于一起，上防热层4内设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。

实施例6

如图6所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2、液体金属层3、上防热层4和下防热层5，烧蚀阻挡层2设于上防热层4和下防热层5之间，下防热层5与壳体本体1贴合于一起，烧蚀阻挡层2内设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。

实施例7

如图7所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2、液体金属层3、上防热层4和下防热层5，烧蚀阻挡层2设于上防热层4和下防热层5之间，下防热层5与壳体本体1贴合于一起，下防热层5内设有一层液体金属层3，液体金属层3内充满了液体金属。

实施例8

如图8所示，一种含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体1、烧蚀阻挡层2、液体金属层3、上防热层4和下防热层5，烧蚀阻挡层2设于上防热层4和下防热层5之间，上防热层4内设有一层体金属层3，烧蚀阻挡层2内设有一层体金属层3，下防热层5内设有一层体金属层3，上防热层4与烧蚀阻挡层2之间设有一层体金属层3，烧蚀阻挡层2与下防热层5之间设有一层体金属层3，下防热层5与壳体本体1之间设有一层液体金属层3。

本实施例中，设于烧蚀阻挡层2、上防热层4和下防热层5内的液体金属层3的数量，可根据液体金属层3内的液体金属材料和实际情况来设定，并不仅限于本实施例中的层数。

上述实施例1-8中，烧蚀阻挡层2可选取不同种类的耐热烧蚀材料，如陶瓷、浸渍重金属、树脂的碳纤维织物等；液体金属层3可选取不同的液体金属，如金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金、钠钾合金以及含有铟的伍德合金(铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％)等；上防热层4和下防热层5采用的材料为软木酚醛、软木环氧树脂、软木腈橡胶等软木复合材料。

上述实施例1-8中，液体金属夹层3的位置，可在烧蚀阻挡层2、上防热层4和下防热层5强度允许的范围内，尽可能的靠近其上表面，以此可更加迅速的扩散热量，从而更大程度上发挥此复合型抗激光辐照壳体的作用。

上述实施例1-8中，液体金属层3的厚度可根据此复合型抗激光辐照壳体的具体应用场合进行选取。如，当本发明应用于小体积高运动速度装备的抗激光防护中时，其在受到激光辐照威胁时所需要的反应动作时间较短，因此应遵循既可以缓解烧蚀阻挡层2软化或热烧蚀过程的发展，又不对导弹自身增重太多的需求来设置液体金属层3的厚度，一般不超过烧蚀阻挡层2总厚度的八分之一。当本发明用于体积庞大，运动速度相对缓慢的装备上时，在受到激光辐照威胁时所需要的反应动作时间较长，因此对复合型抗激光辐照壳体的热耐受性提出了更高的要求，此时将液体金属夹层3的厚度设置在烧蚀阻挡层2总厚度的四分之一之内，或采取含有防热层、烧蚀阻挡层及液体金属夹层的复合型结构，便可达到目的。

上述实施例1-8中，上防热层4和下防热层5的厚度为0.1～1cm。

本发明上述实施例中，液体金属层的制作方法为，液体金属层3内的液体金属材料，由于其较低的熔点及可在室温的情况下呈现流动状态，因此，复合型抗激光辐照壳体在加工过程中只需将液体金属灌装于液体金属层3内，使液体金属层3内充满液体金属充满并密封即可，此过程工艺简单，加工便捷。

由以上实施例可以看出，本发明复合型抗激光辐照壳体，与传统的激光防护措施的技术思路不尽相同。传统激光防护措施中，所选用的结构及材料特性更多侧重于阻止激光能量延壳体法线方向的传递，即采用壳体外部附着低热导率的防热层及烧蚀阻挡层结构完成激光防护的功能。于此同时，热量延表面方向的传递也被显著削弱。这便对防护材料的热耐受性提出了极高的要求，即防热层及烧蚀阻挡层必须具有非常高的软化或熔融温度，这样增加了材料成本和制作难度，且取得的效果也不明显。

发明所实现的含有液体金属层的复合型壳体中，引入了具有良好导热特性的液体金属材料，使其在壳体外附着的防热层内或烧蚀阻挡层内或下防热层内或上防热层与烧蚀阻挡层之间或烧蚀阻挡层与下防热层之间或下防热层与壳体本体之间设有液体金属层，液体金属层制作简单，对防护层材料也没有特殊要求；该夹层在壳体法线与切线方向上同时具备良好的导热性能。激光光斑照射于此含有液体金属层的复合型壳体上，当光斑处所积聚的热量在传递至液体金属夹层时，由于液体金属夹层在平面与法线方向上悬殊的特征尺寸比例，使得此热量快速的在液体金属夹层的平面内扩展开来，由此不仅减少了含有液体金属层的复合型壳体法线方向上的热量传递，同时还可对激光光斑辐照的烧蚀阻挡层表面完成降温效果。另外，液体金属材料所具备的热膨胀及流动特性，可进一步提升其在平面内的热量扩散能力，最终可达到缓解或阻止防热层及烧蚀阻挡层发生软化或热烧蚀破坏的发生。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体和烧蚀阻挡层，其特征在于：所述烧蚀阻挡层的内部或壳体本体和烧蚀阻挡层之间设有液体金属层，所述烧蚀阻挡层的内部设有至少一层液体金属层。

2.含有液体金属层的复合型壳体，包括壳体本体、烧蚀阻挡层、上防热层和下防热层，所述烧蚀阻挡层设于上防热层和下防热层之间，其特征在于：所述上防热层内或烧蚀阻挡层内或下防热层内或上防热层与烧蚀阻挡层之间或烧蚀阻挡层与下防热层之间或下防热层与壳体本体之间设有液体金属层，所述上防热层内设有至少一层液体金属层，所述下防热层内设有至少一层液体金属层，所述烧蚀阻挡层内设有至少一层液体金属层。

3.如权利要求1或2所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述液体金属层的厚度小于烧蚀阻挡层厚度的四分之一。

4.如权利要求1或2所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述液体金属层的厚度小于烧蚀阻挡层厚度的八分之一。

5.如权利要求1或2所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述液体金属层内的液体金属材料为金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金、钠钾合金以及含有铟的伍德合金。

6.如权利要求1或2所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述烧蚀阻挡层采用的材料为陶瓷、浸渍重金属、树脂的碳纤维织物。

7.如权利要求1或2所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述上防热层和下防热层采用的材料为软木酚醛、软木环氧树脂、软木腈橡胶。

8.如权利要求2所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述上防热层的厚度为0.1～1cm。

9.如权利要求8所述的含有液体金属层的复合型壳体，其特征在于：所述下防热层的厚度为0.1～1cm。

Images