CN114993113A - 防弹用多晶钻石烧结体及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了防弹用多晶钻石烧结体，在同等防弹能力的前提下，相对B4C烧结片，可以大幅减小厚度和重量，更适合用在人员及器械的防护上。本申请还提供了钻石防弹板，该防弹板采用多层设计，特定的构造，使得防弹能力进一步提升。本申请还提供了钻石防弹板在直升机底座防护中的应用，以及防弹用多晶钻石烧结体和B4C烧结片组合使用的方案。防弹用多晶钻石烧结体是由以钻石微粉为主料的烧结原料在超高压环境下烧结而成的防弹片材；所述烧结原料中，钻石微粉占90wt％以上，余量为烧结促进剂。钻石防弹板，包括多层防弹片；所述防弹片由前述本发明的防弹用多晶钻石烧结体裁切成六角片后拼接而成；相邻两层防弹片间粘结有超薄金属缓冲层或润滑剂。
Description
技术领域
本发明涉及防弹用材料，具体是涉及一种防弹用多晶钻石烧结体及其在防弹技术中的应用。
背景技术
防弹背心或装甲己大量用于保护人员或器械。例如美国杜邦的 Kevlar高分子纤维已大量用于制作手枪的防弹衣。然而，对于动能较大的步枪(如M16，M14等)，通常需要以金属或陶瓷作为防弹衣的插板，但考虑到插板的荷重，密度高的金属板并不适用，通常使用密度低的陶瓷，尤其是B4C，其密度只有2.25g/cc。所以防弹插片大量使用烧结的B4C。
B4C的硬度在陶瓷材料中是最高的(Viker Hardness 2300Kg/ mm2)，所以成为防弹插板的宠儿。但B4C的晶格对称性差，高压烧结困难。烧结体内有很多缺陷，包括气孔、微裂纹等，子弹撞击时，这些缺陷会延伸成为防弹片断裂的缺口，所以防弹板设计厚度还要再提升。实际厚度常比理想状态防弹板(没有缺陷)大一倍以上。例如阻挡大口径M14子弹的B4C防弹板厚度要超过12mm。这种防弹板重量就很大，在某些应用上负荷很高，例如安装在直升机底座上就会影响直升机紧急升空的速度。
钻石的维氏硬度(7200Kg/mm2)是B4C的3倍，但它的密度 (3.52g/cc)只有B4C的1.5倍。如果钻石微粉能够烧结完善，防止同种子弹穿透，钻石烧结片较B4C烧结片有望达到减厚一半及减重1/4的效果，这样就更适合用在人员及器械的防护上。目前，尚没有采用钻石烧结体进行防弹的相关报道。
发明内容
针对现有技术的B4C烧结片在防弹应用中的局限性，本申请提供了防弹用多晶钻石烧结体及其应用。本申请的防弹用多晶钻石烧结体兼具质量轻和防弹能力强的优点，在同等防弹能力的前提下，相对 B4C烧结片，可以大幅减小厚度和重量，更适合用在人员及器械的防护上。对应的，本申请提供了钻石防弹板，该防弹板采用多层设计，特定的构造，使得防弹能力进一步提升；本申请的钻石防弹板可以用于保护直升机底座，以降低荷重；本申请的防弹用多晶钻石烧结体可以和B4C烧结片组合使用，制成防弹片。
对于防弹用多晶钻石烧结体，本申请的技术方案如下:
防弹用多晶钻石烧结体，该防弹用多晶钻石烧结体是由以钻石微粉为主料的烧结原料在超高压环境下烧结而成的防弹片材；所述烧结原料中，钻石微粉占90wt％以上，余量为烧结时有利于粉体收缩变形的烧结促进剂。
作为优化方案，前述的防弹用多晶钻石烧结体中，所述烧结促进剂为硅粉。
作为优化方案，前述的防弹用多晶钻石烧结体中，所述钻石微粉的粒径大于硅粉的粒径。
作为优化方案，前述的防弹用多晶钻石烧结体中，所述钻石微粉的粒径为10微米级，所述硅粉的粒径为5微米级。
作为优化方案，前述的防弹用多晶钻石烧结体的制备方法如下：以陶瓷球磨机将原料混拌均匀后热压成圆片状，多层圆片以石墨间隔叠压成柱状，放入六面顶压封装压块的中间；加压至4-6Gpa并加热至1000-1500℃，烧结至气孔消失后断电并御压，取出即得防弹用多晶钻石烧结体。
对于多晶钻石烧结体的应用，本申请的技术方案如下：
钻石防弹板，包括多层防弹片；所述防弹片由前述本发明的防弹用多晶钻石烧结体裁切成六角片后拼接而成；相邻两层防弹片间通过高分子粘结剂粘结有超薄金属缓冲层或润滑剂。
作为优化方案，前述的钻石防弹板中，所述钻石防弹板包含三层错位配置的防弹片；相邻两层防弹片间粘结有金属箔或石墨。
作为优化方案，前述的钻石防弹板中，所述钻石防弹板按照以下方法制得：以激光将防弹用多晶钻石烧结体切成六角片；将六角片拼接成整面防弹片，分三层并错位配置，层间放30-100微米厚的钛箔，三层以高分子胶粘实形成整体。
前述本申请的钻石防弹板可以用于保护直升机底座。
此外，前述本申请的多晶钻石烧结体可以和碳化硼防弹片组合使用，制成防弹板。
与现有技术相比，本申请的上述技术方案具有如下几点有益的技术效果：
1)防弹用多晶钻石烧结体由钻石微粉为主料的烧结原料在超高压环境下烧结而成，特定配方和工艺条件使得钻石烧结体致密性好，缺陷密度低，相比B4C烧结片，同等防弹能力的前提下，厚度和重量都大幅减小，更适合用在人员及器械的防护上；以M14的子弹为例评估，其直径为12.7mm(52克)，初速为480米/秒，动能为5990 焦尔；目前采用B4C烧结片防弹，需12mm厚才能近距离挡得住子弹；采用本申请的防弹用多晶钻石烧结体防弹，厚度设计为8mm(理论上可以更薄，8mm是保险设计)即可近距离挡住子弹，防弹板的重量可减轻约10％；
2)本申请的钻石防弹板采用多层式的防弹片结构，防弹效果进一步得到提高，具有表现为：将本申请防弹用多晶钻石烧结体切割成六角片再拼接成整面防弹片，并分多层错位配置，层间粘结极薄的金属(如铝，钛)缓冲，或润滑剂(如石墨，六方氮化硼)错位，以消减子弹的动能，提高防弹效果；
3)将本申请的钻石防弹板用于保护直升机底座，可以降低荷重，使得直升机性能得以提升；当然也可以用于保护其它器械，达到减重和/或提高防护能力的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的钻石防弹板的结构示意图；
图2为本发明实施例的钻石防弹板的爆炸图；
图3为本发明实施例的钻石防弹板主视图；
图4为图3中钻石防弹板的A向视图；
图5为图4中A圆圈内部分的局部放大图。
附图中的标记：1-防弹片，101-六角片；2-钛箔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式(包括实施例)对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。以下没有详细说明的均为本领域技术常识。
参见图1-图5，在本申请技术方案的一个实施例中，防弹用多晶钻石烧结体被裁切成六角片101，拼接成整面防弹片1，然后分三层错位设置，层间粘结钛箔2，三层用亚克力胶粘实。
实施例(参见图1-图5)：
在本实施例中，防弹用多晶钻石烧结体是由以钻石微粉为主料的烧结原料在超高压环境下烧结而成的防弹片材；所述烧结原料中，钻石微粉占95wt％，余量为烧结时有利于粉体收缩变形的烧结促进剂。
在本实施例中，所述烧结促进剂为硅粉。即烧结原料为95wt％的钻石微粉，5wt％的硅粉。
在本实施例中，所述钻石微粉的粒径为10微米，所述硅粉的粒径为5微米。
在本实施例中，防弹用多晶钻石烧结体的制备方法如下：以陶瓷球磨机将原料混拌均匀后热压成圆片状，多层圆片以石墨间隔叠压成柱状，放入六面顶压封装压块的中间；加压至5Gpa并加热至1400℃，半小时后断电并御压，取出即得防弹用多晶钻石烧结体。
在本实施例中，钻石防弹板包括三层防弹片；所述防弹片由防弹用多晶钻石烧结体裁切成六角片101(实施本申请的技术方案时，也可以等同裁切成其它面积相当的图形)后拼接而成；相邻两层防弹片间设有钛箔2(实施本申请技术方案时，钛箔2可以采用其它质轻的金属箔，例如铝箔)。
在本实施例中，钻石防弹板按照以下方法制得：以激光将防弹用多晶钻石烧结体切成2mm厚的六角片101(对边宽为28mm)；将六角片拼接成整面防弹片1，分三层并错位配置(参见图4和图5)，层间放50微米厚的钛箔2，三层以亚克力胶粘实形成整体。最后，外部以PE胶带包裹制成防弹板。
在一个应用案例中，本实施例的钻石防弹板用于保护直升机底座。
上述实施例的钻石防弹板的规格参数参见下表一。
表一：实施例的防弹板规格参数
经试验，本实施例的钻石防弹板可以挡住M14子弹，同样厚度的 B4C防弹板无法挡住M14子弹。
有必要指出的是，本申请的钻石烧结体并不限于用于制造上述实施例中的防弹板，也可以用于满足其它场合的防弹需求。本申请的钻石烧结体也可以和B4C陶瓷烧结片组合使用，制成防弹用的复合材料。
还需要指出的是，上述实施例不应构成对本发明方案的限制，在本发明方案范围内形成的其它实施例同样能实现本发明的目的，在此不一一罗列。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。
Claims (10)
1.防弹用多晶钻石烧结体，其特征在于：该防弹用多晶钻石烧结体是由以钻石微粉为主料的烧结原料在超高压环境下烧结而成的防弹片材；所述烧结原料中，钻石微粉占90wt％以上，余量为烧结时有利于粉体收缩变形的烧结促进剂。
2.根据权利要求1所述的防弹用多晶钻石烧结体，其特征在于：所述烧结促进剂为硅粉。
3.根据权利要求2所述的防弹用多晶钻石烧结体，其特征在于：所述钻石微粉的粒径大于硅粉的粒径。
4.根据权利要求3所述的防弹用多晶钻石烧结体，其特征在于：所述钻石微粉的粒径为10微米级，所述硅粉的粒径为5微米级。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的防弹用多晶钻石烧结体，其特征在于，所述防弹用多晶钻石烧结体的制备方法如下：以陶瓷球磨机将原料混拌均匀后热压成圆片状，多层圆片以石墨间隔叠压成柱状，放入六面顶压封装压块的中间；加压至4-6Gpa并加热至1200-1500℃，烧结至气孔消失后断电并御压，取出即得防弹用多晶钻石烧结体的材料。
6.钻石防弹板，其特征在于：包括多层防弹片；所述防弹片由权利要求1的防弹用多晶钻石烧结体裁切成六角片后拼接而成；相邻两层防弹片间粘结有超薄金属缓冲层或润滑剂。
7.根据权利要求6所述的钻石防弹板，其特征在于：所述钻石防弹板包含三层错位配置的防弹片；相邻两层防弹片间通过高分子粘结剂粘结有金属箔或石墨层。
8.根据权利要求7所述的钻石防弹板，其特征在于，所述钻石防弹板按照以下方法制得：以激光将防弹用多晶钻石烧结体切成六角片；将六角片拼接成整面防弹片，分三层并错位配置，层间放30-100微米厚的钛箔，三层以高分子胶粘实形成整体。
9.权利要求6的钻石防弹板用于保护直升机底座。
10.用权利要求1的防弹片材和碳化硼防弹片组合而成的防弹板。
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