CN110499434A - 一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法，本发明涉及一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法。本发明是要解决传统均质铝基复合材料抗弹性能差，防弹铝基复合材料中陶瓷体积分数低的问题。材料由陶瓷密排体、含铝材料和陶瓷粉体填充物组成。方法：密排体密排于模具中；二、陶瓷粉体填充柱体间隙；三、冷压预热制备预制体；四、熔融铝液；五、将熔炼的铝液压入预制体中，保压，脱模得到复合材料。陶瓷含量达65～93vol.％，具有优异的抗弹性能。本发明用于装甲防护领域。

Description

一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，反装甲武器威力的日益增强，对装甲防护层的要求也越来越高。单纯通过加厚装甲防护层的方法来提升防护作用势必会严重影响武器系统的作战机动性和快速反应能力。目前主流的披挂装甲结构为陶瓷复合装甲，结构为陶瓷面板+金属背板。这种结构中陶瓷与金属界面波阻抗差别过大，导致产生较大的反射拉伸波，陶瓷破碎严重，影响了陶瓷复合装甲结构的防护能力。有必要研制新型具有高防护能力的装甲结构材料。
金属基材料结合了陶瓷和金属的优点，成为了装甲材料备用材料之一。目前金属基复合材料在抗弹结构中的应用还处在实验室阶段，传统的金属基复合材料相比于陶瓷材料并没有表现出特别优秀的抗侵彻性能，其主要原因在于金属基复合材料陶瓷含量较低，往往小于70vol.％。有研究表示，陶瓷含量大于80vol.％时，金属基复合材料的抗弹性能才能与相应的陶瓷材料抗弹性能相当。但传统的通过粉体堆积的方式制备复合材料所得的体积分数很难超过80vol.％。
虽然已有研究将陶瓷柱体作为装甲防护领域，但陶瓷柱体之间的填充往往为高分子材料，有效防护面积较低。这就使得着弹点的位置不同，防护效果也往往不同。
发明内容
本发明是要解决传统均质铝基复合材料抗弹性能差，防弹铝基复合材料中陶瓷体积分数低的问题。而提供一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法。
一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料由陶瓷密排体、含铝材料和陶瓷粉体填充物组成；所述陶瓷密排体由若干个陶瓷柱体或陶瓷球体组成；所述含铝材料为铝或铝合金；所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为25～80％；所述含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数为65～93％。
上述一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：
一、将陶瓷柱体采用酒精超声清洗，吹干，以钢模具的中心为起点向外将若干个陶瓷柱体或陶瓷球体均匀布置在钢模具中紧密排列成陶瓷密排体，得到待填充模具；
二、向待填充模具中填充陶瓷粉体填充物，通过振动台振动，使得陶瓷粉体填充物填入待填充模具的间隙中，得到待冷压坯料；
三、将待冷压坯料在压力为5～100MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
四、将含铝材料在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到含铝熔液；所述含铝材料为铝或铝合金；
五、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为30～250MPa的条件下保压5～10min后直接脱模，再转移至马弗炉中，在温度为400～450℃的条件下随炉冷却，得到含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料；所述含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数为70～93％。
本发明的有益效果：
本发明通过引入密排的陶瓷体，并利用B4C(或SiC)粉体或B4C-Al(或SiC/Al)混合粉体填充密排体间隙，从而得到高陶瓷含量(70～93vol.％)的陶瓷增强铝基抗弹结构材料；本发明制备的陶瓷增强铝基抗弹结构材料保留了大块密排的高硬度、高强度的B4C或SiC陶瓷柱体，可以有效的磨蚀和破坏弹头，从而具有优异的抗弹性能；密排的B4C或SiC陶瓷体通过颗粒增强的B4C/Al复合材料约束，可以有效的对陶瓷柱体起到支撑作用，延缓弹体侵彻过程中陶瓷的过早失效；这种密排体结构在受到弹体冲击时，可以有效的传递载荷，并通过柱体的粉碎吸收大量的能量。本发明中的陶瓷体可以根据不同的弹体直径和种类优选不同尺寸类型的陶瓷体，并且可以根据需要增加陶瓷体的层数，从而得到优异的抗弹性能。采用本发明得到的碳化硼增强铝基抗弹结构复合材料(92％-76％-70％-55％-35％-25％B4C/5083Al复合材料)整体面密度为96kg/m2，其中陶瓷含量为92％的面板层含有密排陶瓷柱体结构，其他层为颗粒增强B4C/5083Al复合材料。抗弹测试结果表明，12.7mm穿燃弹满弹速，100m距离0o角入射的条件下无法贯穿面密度为96kg/m2的92％-76％-70％-55％-35％-25％B4C/5083Al层状抗弹结构复合材料，弹体有效穿深仅为12mm，装甲材料相比于603装甲钢的防护系数达到8.2，厚度系数达到2.6。顶层的92vol％B4C(柱体+颗粒)/5083Al可以有效破坏并磨蚀弹体。
附图说明
图1为密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的俯视图；其中A为陶瓷密排体，B为陶瓷粉体填充物；
图2为采用陶瓷柱体制备的密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的侧视图；
图3为实施例一得到的密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的实物图；
图4为采用单排陶瓷球体制备的密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的侧视图；
图5为采用双排同直径陶瓷球体制备的密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的侧视图；
图6为采用双排不同直径陶瓷球体制备的密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料由陶瓷密排体、含铝材料和陶瓷粉体填充物组成；所述陶瓷密排体由若干个陶瓷柱体或陶瓷球体组成；所述含铝材料为铝或铝合金；所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为25～80％；所述含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数为65～93％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述陶瓷柱体为端面带圆弧的柱体，其直径为2～30mm，长径比为0.3～5；所述陶瓷球体的球体直径为1～30mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：当所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为25～45％时，所述陶瓷粉体填充物由陶瓷粉体和Al合金粉混合得到；当所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为46～55％时，所述陶瓷粉体填充物为单一粒径的陶瓷粉体；当所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为56～80％时，所述陶瓷粉体填充物是通过不同粒径陶瓷粉体级配得到；所述陶瓷柱体为B4C陶瓷柱体或SiC陶瓷柱体，所述陶瓷粉体为B4C粉体或SiC粉体，且陶瓷柱体和陶瓷粉体为同一种陶瓷。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述陶瓷粉体的粒径为0.1～2000μm，Al合金粉的粒径为0.1～2000μm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述铝合金为1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金、6xxx系铝合金或7xxx系铝合金。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：
一、将陶瓷柱体采用酒精超声清洗，吹干，以钢模具的中心为起点向外将若干个陶瓷柱体或陶瓷球体均匀布置在钢模具中紧密排列成陶瓷密排体，得到待填充模具；
二、向待填充模具中填充陶瓷粉体填充物，通过振动台振动，使得陶瓷粉体填充物填入待填充模具的间隙中，得到待冷压坯料；
三、将待冷压坯料在压力为5～100MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
四、将含铝材料在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到含铝熔液；所述含铝材料为铝或铝合金；
五、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为30～250MPa的条件下保压5～10min后直接脱模，再转移至马弗炉中，在温度为400～450℃的条件下随炉冷却，得到含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料；所述含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数为70～93％。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述钢模具的直径大于三倍单个陶瓷柱体或陶瓷球体的直径。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：当采用陶瓷球体时所铺成的层数是1层或多层；其中多层铺陈时，表面层球体直径小于、等于或大于底层球体直径。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤二中陶瓷粉体填充物填入待填充模具的间隙后，根据含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的梯度结构需求再多铺陈多层混合粉体，所述混合粉体为不同体积分数的陶瓷粉体和Al粉的混合粉体。其它与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤三中将待冷压坯料在压力为10～30MPa的条件下冷压成坯。其它与具体实施方式六至九之一相同。
通过以下试验验证本发明的效果：
实施例一：一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：
一、将陶瓷柱体采用酒精超声清洗，吹干，以钢模具的中心为起点向外将若干个陶瓷柱体均匀布置在钢模具中紧密排列成陶瓷密排体，得到待填充模具；所述陶瓷密排体由若干个Ф13×12mm的表面有圆弧的B4C陶瓷柱体组成；钢模具的直径为133mm；
二、将填充物放入待填充模具中，通过振动台振动，使得填充物填入待填充模具的间隙中，然后多铺陈一层10mm厚的粉体，以留出加工余量，得到待冷压坯料；所述填充物为B4C陶瓷粉体；B4C粉体的堆积密度为70％，堆积密度为70％的B4C粉体是通过3种不同粒径的B4C粉体级配得到的；B4C粉体的粒径范围为5～120μm；
三、将待冷压坯料在压力为10MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
四、将2024铝合金在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到2024铝合金熔液；2024铝合金熔液的量足够充满模具；
五、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为200MPa的条件下保压5min后直接脱模，然后转移至马弗炉中，在温度为415℃的条件下随炉冷却，得到B4C增强铝基抗弹结构复合材料；B4C增强铝基抗弹结构复合材料中B4C的体积分数约为91％。
实施例二：一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：
一、将陶瓷柱体采用酒精超声清洗，吹干，以钢模具的中心为起点向外将若干个陶瓷柱体均匀布置在钢模具中紧密排列成陶瓷密排体，得到待填充模具；所述密排体由若干个Ф13×12mm的表面有圆弧的B4C陶瓷柱体组成；钢模具的直径133mm；
二、将填充物放入待填充模具中，通过振动台振动，使得填充物填入密排体的间隙中，然后多铺5层每层为5mm厚的预制体粉体，每层B4C颗粒的堆积密度分别为76％、70％、55％、35％和25％，得到待冷压坯料；所述填充物为B4C陶瓷粉体，不同堆积密度的B4C粉体是通过多种不同粒径的B4C粉体级配得到的；B4C粉体的粒径范围为5～2000μm；
三、将待冷压坯料在压力为20MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
四、将5083铝合金在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到5083铝合金熔液；5083铝合金熔液的量足够充满模具；
五、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为200MPa的条件下保压5min后直接脱模，然后转移至马弗炉中，在温度为415℃的条件下随炉冷却，得到梯度B4C增强铝基抗弹结构复合材料；梯度碳化硼增强铝基抗弹结构复合材料中各层梯度B4C的体积分数分别为92％、76％、70％、55％、35％和25％。其中体积分数为92％的层为面板层，且包含B4C陶瓷柱体；其它层为B4C颗粒增强Al基复合材料。
实施例三：一种多尺度陶瓷增强铝基抗弹结构复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、将密排体采用酒精超声清洗，吹干，以钢模具的中心为起点向外将密排体均匀布置在钢模具中至密排体紧密排列，得到待填充模具；所述密排体由若干个Ф12.7mm的B4C陶瓷球体组成；钢模具的直径为133mm；
二、将积密度为76％的B4C粉体填充物放入待填充模具中，通过振动台振动，使得填充物填入密排陶瓷球的间隙中，然后多铺陈一层15mm厚堆积密度为55％的B4C粉体，得到含有密排陶瓷球体的两层梯度复合材料待冷压坯料。堆积密度为76％的B4C粉体是通过多种不同粒径的B4C粉体级配得到的，B4C粉体的粒径范围为5～2000μm；堆积密度55％的B4C粉体为粒径为20μm的单一粉体组成。
三、将待冷压坯料在压力为20MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
四、将5083铝合金在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到5083铝合金熔液；5083铝合金熔液的量足够充满模具；
五、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为200MPa的条件下保压5min后直接脱模，然后转移至马弗炉中，在温度为415℃的条件下随炉冷却，得到两层梯度碳化硼增强铝基抗弹结构复合材料，材料含12.7mm球体层(陶瓷相体分～88％)和15mm55％B4C/5083Al两层结构，两层结构为实施例以一体化成型得到。
由实施例二得到的碳化硼增强铝基抗弹结构复合材料(92％-76％-70％-55％-35％-25％B4C/5083Al复合材料)整体面密度为96kg/m2，其中陶瓷含量为92％的面板层含有密排陶瓷柱体结构，其他层为颗粒增强B4C/5083Al复合材料。抗弹测试结果表明，12.7mm穿燃弹满弹速，100m距离0o角入射的条件下无法贯穿面密度为96kg/m2的92％-76％-70％-55％-35％-25％B4C/5083Al层状抗弹结构复合材料，弹体有效穿深仅为12mm，装甲材料相比于603装甲钢的防护系数达到8.2，厚度系数达到2.6。顶层的92vol％B4C(柱体+颗粒)/5083Al可以有效破坏并磨蚀弹体。由实施例三得到的碳化硼增强铝基抗弹结构复合材料(80％-55％B4C/5083Al复合材料)整体面密度为75kgm2，(含12.7mm球体层和15mm55％B4C/5083Al两层结构，两层结构为实施例以一体化成型得到),。抗弹测试结果表明，12.7mm穿燃弹满弹速，100m距离0o角入射的条件下无法贯穿面密度为75kg/m2的80％-55％B4C/2024Al复合材料抗弹结构复合材料，弹体有效穿深仅为14mm，装甲材料相比于603装甲钢的防护系数达到6.9，厚度系数达到2.3。顶层的80vol％B4C(球体+颗粒)/5083Al可以有效破坏并磨蚀弹体。
表1为实施例二和实施例三得到的含密排体多层梯度碳化硼增强铝基抗弹结构复合材料的抗弹测试结果。
表1

Claims (10)

1.一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料由陶瓷密排体、含铝材料和陶瓷粉体填充物组成；所述陶瓷密排体由若干个陶瓷柱体或陶瓷球体组成；所述含铝材料为铝或铝合金；所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为25～80％；所述含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数为65～93％。
2.根据权利要求1所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于所述陶瓷柱体为端面带圆弧的柱体，其直径为2～30mm，长径比为0.3～5；所述陶瓷球体的球体直径为1～30mm。
3.根据权利要求1所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于当所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为25～45％时，所述陶瓷粉体填充物由陶瓷粉体和Al合金粉混合得到；当所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为46～55％时，所述陶瓷粉体填充物为单一粒径的陶瓷粉体；当所述陶瓷粉体填充物的堆积密度为56～80％时，所述陶瓷粉体填充物是通过不同粒径陶瓷粉体级配得到；所述陶瓷柱体为B4C陶瓷柱体或SiC陶瓷柱体，所述陶瓷粉体为B4C粉体或SiC粉体，且陶瓷柱体和陶瓷粉体为同一种陶瓷。
4.根据权利要求3所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于所述陶瓷粉体的粒径为0.1～2000μm，Al合金粉的粒径为0.1～2000μm。
5.根据权利要求1所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于所述铝合金为1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金、6xxx系铝合金或7xxx系铝合金。
6.如权利要求1所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：
一、将陶瓷柱体采用酒精超声清洗，吹干，以钢模具的中心为起点向外将若干个陶瓷柱体或陶瓷球体均匀布置在钢模具中紧密排列成陶瓷密排体，得到待填充模具；
二、向待填充模具中填充陶瓷粉体填充物，通过振动台振动，使得陶瓷粉体填充物填入待填充模具的间隙中，得到待冷压坯料；
三、将待冷压坯料在压力为5～100MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
四、将含铝材料在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到含铝熔液；所述含铝材料为铝或铝合金；
五、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为30～250MPa的条件下保压5～10min后直接脱模，再转移至马弗炉中，在温度为400～450℃的条件下随炉冷却，得到含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料；所述含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数为70～93％。
7.根据权利要求6所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述钢模具的直径大于三倍单个陶瓷柱体或陶瓷球体的直径。
8.根据权利要求6所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于当采用陶瓷球体时所铺成的层数是1层或多层；其中多层铺陈时，表面层球体直径小于、等于或大于底层球体直径。
9.根据权利要求6所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中陶瓷粉体填充物填入待填充模具的间隙后，根据含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的梯度结构需求再多铺陈多层混合粉体，所述混合粉体为不同体积分数的陶瓷粉体和Al粉的混合粉体。
10.根据权利要求6所述的一种含密排体多尺度陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中将待冷压坯料在压力为10～30MPa的条件下冷压成坯。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111974972A (zh) * 2020-03-26 2020-11-24 松山湖材料实验室 陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法
CN113234967A (zh) * 2021-05-10 2021-08-10 哈尔滨工业大学 一种抗30mm穿甲弹梯度铝基复合材料及其制备方法
CN113237387A (zh) * 2021-05-10 2021-08-10 哈尔滨工业大学 一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法
CN113959264A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 中国人民解放军国防科技大学 一种非密堆式陶瓷球增强铝基复合装甲及其制备方法
CN114812276A (zh) * 2022-05-18 2022-07-29 哈尔滨工业大学 一种抗多发弹的高约束仿生结构装甲及其制备方法
CN114812276B (zh) * 2022-05-18 2024-04-19 哈尔滨工业大学 一种抗多发弹的高约束仿生结构装甲及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005002841A1 (en) * 2003-07-02 2005-01-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Composite dielectric materials
CN103206897A (zh) * 2012-01-11 2013-07-17 陈照峰 一种复合结构防弹材料及其制备方法
CN103878346A (zh) * 2014-03-12 2014-06-25 昆明理工大学 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基体复合材料的制备方法
CN104911514A (zh) * 2015-05-18 2015-09-16 江苏大学 一种高耐磨铁基复合材料的制备方法
CN105039912A (zh) * 2015-07-29 2015-11-11 上海工程技术大学 一种铝-碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用
CA2893021A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-12 Kennametal Inc. Composite wear pad and methods of making the same
CN107675058A (zh) * 2017-10-12 2018-02-09 哈尔滨工业大学 一种宽体积分数层状梯度碳化硼铝基复合材料及其制备方法
CN109280795A (zh) * 2018-09-10 2019-01-29 郑州轻工业学院 一种纳微米SiC颗粒增强耐磨铝基复合材料及其制备方法
CN109554572A (zh) * 2018-12-27 2019-04-02 吉林大学 一种多尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005002841A1 (en) * 2003-07-02 2005-01-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Composite dielectric materials
CN103206897A (zh) * 2012-01-11 2013-07-17 陈照峰 一种复合结构防弹材料及其制备方法
CN103878346A (zh) * 2014-03-12 2014-06-25 昆明理工大学 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基体复合材料的制备方法
CA2893021A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-12 Kennametal Inc. Composite wear pad and methods of making the same
CN104911514A (zh) * 2015-05-18 2015-09-16 江苏大学 一种高耐磨铁基复合材料的制备方法
CN105039912A (zh) * 2015-07-29 2015-11-11 上海工程技术大学 一种铝-碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用
CN107675058A (zh) * 2017-10-12 2018-02-09 哈尔滨工业大学 一种宽体积分数层状梯度碳化硼铝基复合材料及其制备方法
CN109280795A (zh) * 2018-09-10 2019-01-29 郑州轻工业学院 一种纳微米SiC颗粒增强耐磨铝基复合材料及其制备方法
CN109554572A (zh) * 2018-12-27 2019-04-02 吉林大学 一种多尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金及其制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111974972A (zh) * 2020-03-26 2020-11-24 松山湖材料实验室 陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法
CN113234967A (zh) * 2021-05-10 2021-08-10 哈尔滨工业大学 一种抗30mm穿甲弹梯度铝基复合材料及其制备方法
CN113237387A (zh) * 2021-05-10 2021-08-10 哈尔滨工业大学 一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法
CN113234967B (zh) * 2021-05-10 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种抗30mm穿甲弹梯度铝基复合材料及其制备方法
CN113237387B (zh) * 2021-05-10 2022-08-05 哈尔滨工业大学 一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法
CN113959264A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 中国人民解放军国防科技大学 一种非密堆式陶瓷球增强铝基复合装甲及其制备方法
CN114812276A (zh) * 2022-05-18 2022-07-29 哈尔滨工业大学 一种抗多发弹的高约束仿生结构装甲及其制备方法
CN114812276B (zh) * 2022-05-18 2024-04-19 哈尔滨工业大学 一种抗多发弹的高约束仿生结构装甲及其制备方法

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