CN102767993A - 一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板及其制备方法 - Google Patents

一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板及其制备方法 Download PDF

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张钱城
卢天健
金峰
倪长也
王博
闫雷雷
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Abstract

一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板及其制备方法，该轻质波纹陶瓷复合结构装甲板由波纹结构夹层板作为骨架、波纹结构芯部复合三棱柱状陶瓷材料以及在二者之间的空隙处填充树脂材料构成，其制备方法包括制备波纹结构金属夹层板、插入三棱陶瓷柱、填充树脂材料以及固化填充树脂材料的成型步骤；本发明结构装甲具有结构利于整体性发挥陶瓷芯材高硬度、高强度以及有效耐飞弹冲击的性能；另外由于本发明的波纹芯体制备方法采用了液压机模压或者冷弯机折叠技术，工艺简单且成本低廉，适合于不同规格尺寸的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板进行规模化生产。

Description

一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板及其制备方法
技术领域
本发明属于装甲生产技术领域，涉及结构装甲及其制备方法，具体涉及一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板及其制备方法。
背景技术
目前，由于均质钢装甲的钢层厚、质量重，其影响了装甲车辆的机动性和运行能力；而反应装甲在工作时会对装甲车辆内外的人员或设备带来附加损伤，并会产生噪声，且其结构复杂，影响其可靠性，成本也较高。因此轻质、高强度、无噪声、成本低以及结构简单可靠的复合材料装甲已成为未来装甲的主要发展方向。
由于陶瓷材料具有耐磨、耐热、抗压、高刚度、化学性能稳定的特点，现在的复合材料结构装甲中大量使用陶瓷材料，具体在应用中有两种方式：一种是采用陶瓷板或陶瓷块直接用做结构装甲的正面层，例如，2003年9月13日公告的CN2573990Y的中国实用新型专利说明书就公开了这样一种采用陶瓷板或块直接用做结构装甲的正面层的“一种复合材料防弹承力装甲板”，其面板即结构装甲的正面层就是直接用陶瓷板构成，这样的结构装甲在直接面对飞弹的冲击时，很可能会产生损坏，甚至碎裂，而且整板陶瓷抗侵彻时局部作用明显，并不能充分发挥装甲的整体抗侵彻能力；另一种是采用陶瓷球、陶瓷片或者陶瓷团粒等陶瓷单元，通过有机胶或固化剂与树脂或金属直接粘接成型，例如，2007年4月18日公开的中国发明专利申请公布说明书就公开了这样一种采用陶瓷球通过树脂直接粘接成型的“一种陶瓷球/树脂复合材料装甲板”，这样的结构装甲，其陶瓷材料形状及其直接粘结成型的方法并不能很好地发挥陶瓷材料高硬度、高强度的特点，抵抗飞弹的能力有限，且粘结成型工艺复杂不便进行规模化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板包括两块金属面板以及焊接在两块金属面板之间的波纹芯体形成的波纹结构夹层板，在波纹结构夹层板的三棱柱状槽内填充有三棱柱状陶瓷芯材，且在三棱柱状陶瓷芯材与波纹结构夹层板之间的空隙中填充有树脂材料。
本发明的制备方法如下：
1）将金属板材平整后再折弯获得角度为θ的波纹芯体，随后对波纹芯体和两块金属面板清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板分别和波纹芯体的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板；
2）在金属结构夹层板的各个三棱柱凹槽内填充三棱柱凹槽空间体积5-10%的液态树脂材料，然后在各个三棱柱凹槽内分别插入对应的三棱柱状陶瓷芯材，对填充了液态树脂材料和三棱柱状陶瓷芯材的金属结构夹层板进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲；
或在波纹结构夹层板的各个三棱柱凹槽内分别插入三棱柱状陶瓷芯材，在波纹结构夹层板与各个三棱柱状陶瓷芯材之间的缝隙中填充液态树脂材料，然后对填充了液态树脂材料的金属结构夹层板进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
所述的波纹芯体的制备过程为：将金属板材采用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ的波纹芯体，波纹芯体的面板厚度为0.5mm-5mm，角度θ为15°-85°。
所述的金属板材、金属面板为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、钛板或装甲板。
所述的清洗采用金属清洗剂清洗。
所述的波纹结构夹层板与各个三棱柱状陶瓷芯材之间的缝隙控制在0.5-1mm。
所述的填充液态树脂是通过树脂注射机填充的。
所述的三棱柱状陶瓷芯材采用Al2O3、B4C、SiC、AlN或者TiB2陶瓷材料。
所述的金属面板的板厚为1mm-10mm。
所述的树脂材料为环氧类树脂或聚酰胺及氨基树脂。
本发明通过焊接将两块金属面板与波纹芯体焊接形成波纹结构夹层板，在波纹芯体的三棱柱状槽内填充三棱柱状陶瓷芯材，以及在三棱柱状陶瓷芯材与波纹夹层板的空隙中填充树脂材料；这样的轻质复合结构装甲的整体性结构有利于发挥陶瓷芯材销蚀弹丸，偏转弹丸的作用，且更能发挥出陶瓷芯材高硬度、高强度以及有效耐飞弹冲击的性能；另外由于该轻质复合结构装甲的波纹芯体采用模压或者折叠技术制备，工艺简单且成本低廉，适合于各种规格尺寸的波纹陶瓷复合结构装甲板规模化生产。
附图说明
图1是本发明波纹结构夹层板5的结构示意图，是从易于观察的角度去除部份上部金属面板的结构示意图。
图2是本发明的插入了三棱柱状陶瓷芯材3后的波纹结构夹层板5的结构示意图，是从易于观察的角度去除部份上部金属面板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更详细的说明。
实施例1：
1）将厚度为0.5mm的采用碳钢钢板的金属板材用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ为45°的波纹芯体1（参见图1），随后对波纹芯体1和两块厚度为5mm采用碳钢钢板的金属面板2用金属清洗剂清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板2分别和波纹芯体1的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板5；
2）在金属结构夹层板5的各个三棱柱凹槽4内填充三棱柱凹槽4空间体积5%的液态环氧类树脂，然后在各个三棱柱凹槽4内分别插入对应的采用Al2O3陶瓷材料制成的三棱柱状陶瓷芯材3（参见图2），对填充了液态树脂材料和三棱柱状陶瓷芯材3的金属结构夹层板5进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
实施例2：
1）将厚度为3mm的采用不锈钢板的金属板材用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ为30°的波纹芯体1，随后对波纹芯体1和两块厚度为3mm采用不锈钢板的金属面板2用金属清洗剂清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板2分别和波纹芯体1的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板5；
2）在金属结构夹层板5的各个三棱柱凹槽4内填充三棱柱凹槽4空间体积8%的液态聚酰胺树脂，然后在各个三棱柱凹槽4内分别插入对应的采用B4C陶瓷材料制成的三棱柱状陶瓷芯材3，对填充了液态树脂材料和三棱柱状陶瓷芯材3的金属结构夹层板5进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
实施例3：
1）将厚度为1.5mm的采用铝板的金属板材用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ为60°的波纹芯体1，随后对波纹芯体1和两块厚度为1mm采用铝板的金属面板2用金属清洗剂清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板2分别和波纹芯体1的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板5；
2）在金属结构夹层板5的各个三棱柱凹槽4内填充三棱柱凹槽4空间体积10%的液态氨基树脂，然后在各个三棱柱凹槽4内分别插入对应的采用SiC陶瓷材料制成的三棱柱状陶瓷芯材3，对填充了液态树脂材料和三棱柱状陶瓷芯材3的金属结构夹层板5进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
实施例4：
1）将厚度为4mm的采用钛板的金属板材用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ为15°的波纹芯体1，随后对波纹芯体1和两块厚度为7mm采用钛板的金属面板2用金属清洗剂清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板2分别和波纹芯体1的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板5；
2）在波纹结构夹层板5的各个三棱柱凹槽4内分别插入采用AlN陶瓷材料制成的三棱柱状陶瓷芯材3，波纹结构夹层板5与各个三棱柱状陶瓷芯材3之间的缝隙为0.5mm，在波纹结构夹层板5与各个三棱柱状陶瓷芯材3之间的缝隙中用树脂注射机填充液态环氧类树脂，然后对填充了液态树脂材料的金属结构夹层板5进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
实施例5：
1）将厚度为2mm的采用装甲板的金属板材用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ为75°的波纹芯体1，随后对波纹芯体1和两块厚度为8mm采用装甲板的金属面板2用金属清洗剂清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板2分别和波纹芯体1的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板5；
2）在波纹结构夹层板5的各个三棱柱凹槽4内分别插入采用TiB2陶瓷材料制成的三棱柱状陶瓷芯材3，波纹结构夹层板5与各个三棱柱状陶瓷芯材3之间的缝隙为0.8mm，在波纹结构夹层板5与各个三棱柱状陶瓷芯材3之间的缝隙中用树脂注射机填充液态聚酰胺树脂，然后对填充了液态树脂材料的金属结构夹层板5进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
实施例6：
1）将厚度为5mm的采用装甲板的金属板材用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ为85°的波纹芯体1，随后对波纹芯体1和两块厚度为10mm采用装甲板的金属面板2用金属清洗剂清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板2分别和波纹芯体1的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板5；
2）在波纹结构夹层板5的各个三棱柱凹槽4内分别插入采用TiB2陶瓷材料制成的三棱柱状陶瓷芯材3，波纹结构夹层板5与各个三棱柱状陶瓷芯材3之间的缝隙为1mm，在波纹结构夹层板5与各个三棱柱状陶瓷芯材3之间的缝隙中用树脂注射机填充液态氨基树脂，然后对填充了液态树脂材料的金属结构夹层板5进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。

Claims (10)

1.一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板，其特征在于：该复合结构装甲板由两块金属面板（2）以及焊接在两块金属面板（2）之间的波纹芯体（1）形成的波纹结构夹层板（5），在波纹结构夹层板（5）的三棱柱状槽内（4）填充有三棱柱状陶瓷芯材（3），且在三棱柱状陶瓷芯材（5）与波纹结构夹层板（5）之间的空隙中填充有树脂材料。
2.一种轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将金属板材平整后再折弯获得角度为θ的波纹芯体（1），随后对波纹芯体（1）和两块金属面板（2）清洗除锈除油后烘干，采用激光焊接或者钎焊技术将两块金属面板（2）分别和波纹芯体（1）的顶部和底部焊接在一起构成波纹结构夹层板（5）；
2）在金属结构夹层板（5）的各个三棱柱凹槽（4）内填充三棱柱凹槽（4）空间体积5-10%的液态树脂材料，然后在各个三棱柱凹槽（4）内分别插入对应的三棱柱状陶瓷芯材（3），对填充了液态树脂材料和三棱柱状陶瓷芯材（3）的金属结构夹层板（5）进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲；
或在波纹结构夹层板（5）的各个三棱柱凹槽（4）内分别插入三棱柱状陶瓷芯材（3），在波纹结构夹层板（5）与各个三棱柱状陶瓷芯材（3）之间的缝隙中填充液态树脂材料，然后对填充了液态树脂材料的金属结构夹层板（5）进行封装，固化树脂材料，固化成型后得到轻质波纹陶瓷复合结构装甲。
3.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的波纹芯体（1）的制备过程为：将金属板材采用平整机平整，然后再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ的波纹芯体（1），波纹芯体（1）的面板厚度为0.5mm-5mm，角度θ为15°-85°。
4.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的金属板材、金属面板为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、钛板或装甲板。
5.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的清洗采用金属清洗剂清洗。
6.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的波纹结构夹层板（5）与各个三棱柱状陶瓷芯材（3）之间的缝隙控制在0.5-1mm。
7.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的填充液态树脂是通过树脂注射机填充的。
8.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的三棱柱状陶瓷芯材（3）采用Al2O3、B4C、SiC、AlN或者TiB2陶瓷材料。
9.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的金属面板（2）的板厚为1mm-10mm。
10.根据权利要求2所述的轻质波纹陶瓷复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：所述的树脂材料为环氧类树脂或聚酰胺及氨基树脂。
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