DE1578333A1

DE1578333A1 - Protection against parts hitting with too much energy

Info

Publication number: DE1578333A1
Application number: DE19661578333
Authority: DE
Inventors: Dawihl Walther Prof Dr; Doerre Erhard Dr Rer Nat; Klingler Emil A Dr Phil
Original assignee: Feldmuehle Anlagen und Produktion GmbH
Current assignee: Feldmuehle Anlagen und Produktion GmbH
Priority date: 1966-07-20
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1972-04-06
Also published as: DE1578333B2

Description

Schutz gegen mit hoher Energie auftreffende Teile. Die -Zrfindung be trifft den Schutz gegen reit hoher Geschwindigkeit auftreffende Teile wie Splitter und Geschosse mit Hilfe von durch abwechselnde Schichten aus harten, nicht duktilen Werkstoffen und weicheren, duktilen Werkstoffen 2ormkörpern. Von der deutschen Patentanmeldung DAS 1 213 305 her. sind Panzerplatten bekannt, die mindestens zum Teil aus sehr harten, nicht duktilen Werkstoffen bestehen. Dabei haben sich als sehr harte, nicht duktile Werkstoffe besonders bei hohen Temperaturen gesinterte metalloxidhaltige Werkstoffe bewährt. Diese zeichnen sich außer durch sehr große Härte durch chemische Widerstandsfähigkeit, insbesondere auch durch bei hohen Temperaturen, und große Thermoschockfestigkeit aus. Der Vorteil dieser neuartigen Panzerplatten liegt insbesondere in der großen Gewichtseinsparung, die sie gegenüber den bisher Üblichen Stahlpanzerungen haben und darin, daß sie nichtduktil sind und sich damit beim Auftreffen sehr energiereicher a3schosse nicht plansch verformen, sondern das Geschoß durch die zu leistende Zerstörungsarbeit abbremsen und nicht das Ziel, beispielsweise die Besatzung eines Fahrzeu"es oder einer Geschützstellung erreichen lassen. Um diese Zerstörungsarbeit noch zu-erhöhen und ein Zersplittern der nicht duktilen Hartstoffe zu verhindern, geht ein älterer Vorschlag dahin, die Panzerplatten schichtweise aus den sehr harten, nicht duktilen Werkstoffen und aus weniger harten Stoffen, beispielweise aus Kunstharzen aufzubauen. Aus konstruktiven Grinden ist bei diesen Panzerplatten dabei als innere und äußere Begrenzungsfläche eine Metallplatte üblich, so daß sich eine Art Sandwichstruktur ergibt.Protection against parts hitting with high energy. The invention relates to protection against parts such as splinters and projectiles hitting high speed with the help of alternating layers of hard, non-ductile materials and softer, ductile materials 2orm bodies. From the German patent application DAS 1 213 305. armor plates are known which at least partly consist of very hard, non-ductile materials. Materials containing metal oxide sintered at high temperatures have proven to be very hard, non-ductile materials. In addition to being very hard, these are characterized by chemical resistance, in particular also by at high temperatures, and great thermal shock resistance. The advantage of this new type of armor plate lies particularly in the great weight savings that they have compared to the steel armor that has been customary up to now and in the fact that they are non-ductile and therefore do not deform when hit by very high-energy bullets, but rather brake the bullet through the destructive work to be done and not the goal of, for example, the crew of a vehicle or a gun emplacement. In order to increase this work of destruction even more and to prevent the non-ductile hard materials from splintering, an older proposal is to make armor plates in layers from the very hard, non-ductile materials and to be built from less hard materials, for example from synthetic resins.For structural reasons, a metal plate is customary as the inner and outer boundary surface of these armor plates, so that a kind of sandwich structure results.

Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß ein noch wirksamerer Schutz gegen mit hoher Energie auftreffende Teile, wie Splitter und Geschosse mit Hilfe von durch abwel#eselnde Schichten aus harten, nicht duktilen Werkstoffen und weniger harten Werkstoffen aufgebauten Formkörpern erreicht wird-durch-die Verwendung von Formkörpern, bei denen mindestens eine Schicht aus-bei hohen Temperaturen gesinterten aluminiumoxidhaltigen Massen mit einem A1203 -Gehalt von über 90 % und mindestens eine weitere Schicht aus einem Metall mit einem größeren Ausdehnungskoetfizienten als die Aluminiumoxid-9interschicht besteht und bei denen die in ihrer Zuuammensetzung unterschiedlichen Ochichten bei Temperaturen oberhalb 5009C fest miteinander verbunden sind. Surprisingly, it has now been shown that even more effective protection against parts impacting with high energy, such as splinters and projectiles, is achieved with the help of molded bodies built up by deviating layers of hard, non-ductile materials and less hard materials - through the use of Shaped bodies in which at least one layer consists of alumina-containing masses sintered at high temperatures with an A1203 content of over 90% and at least one further layer consists of a metal with a greater coefficient of expansion than the aluminum oxide liner and in which the composition is different Ochichten are firmly bonded to one another at temperatures above 5009C .

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäß verwendeten Formkörper aus miteinander fet verbundenen abwechselnden Schichten-von gesintertem Aluminiumoxid und Metall ist wahrscheinlich darin begründet, da0 Formkörper aus gesintertem Aluminiumoxid einen wesentlich geringeren Ausdehnungskoeffizienten als die Metalle aufweisen und deshalb durcliierstellung des Verbundes bei Temperaturen oberhalb 500°C In den Alum:Lniumoxidforrikörpern erhebliche Druckspannungen hervorgerufen werden, durch die der Widerstand gegen Zugbeanspruchung wesentlich erhöht wird, was sich wiederum in einer beträchtlichen Verbesserung-der Temperaturwechselbeständigkeit auswirkt.The particular advantage of the molded bodies used according to the invention made of alternating layers of sintered aluminum oxide and metal connected to one another is probably due to the fact that molded bodies made of sintered aluminum oxide have a significantly lower coefficient of expansion than the metals and therefore the composite is produced at temperatures above 500 ° C Alum: Lniumoxidforrikern considerable compressive stresses are caused, through which the resistance to tensile stress is increased significantly, which in turn has the effect of a considerable improvement in the resistance to temperature changes.

Für den angestrebten Schutz bevorzugt geeignet sind solche iiiehrschichti en Formkörper, bei denen eine ungerade Zahl an Metallschichten mit einer geraden Zahl an Schichten aus gesintertem Aluminiumoxid verbunden sind oder umgekehrt. Durch ein solch ungeradzahliges Verhältnis der verschieden harten Schichten zueinander werden Durchbiegungen und damit Zugbeanspruchungen vermieden, gegen die Aluminiumoxid-SinterkörDer empfindlich sind. Dabei ist dieser Effekt und damit die Schutzwirkung besonders bei Verwendung solcher Formkörper groß, bei denen der Verbund durch Verschweißen unter Druck bei den über 500°C liegenden Temperaturen hergestellt worden ist.Preference is given to those protective layers for the desired protection en moldings in which an odd number of metal layers with an even Number of layers of sintered aluminum oxide are connected or vice versa. By such an odd ratio of the layers of different hardness to one another Deflections and thus tensile stresses are avoided, against the aluminum oxide sintered bodies are sensitive. This effect and thus the protective effect is special large when using such molded bodies in which the composite is welded has been produced under pressure at temperatures above 500 ° C.

Die für die Metallschichten benutzten Metalle sollen im wesentlichen folgende Eigenschaften besitzen. Sie müssen bei höherer Temperatur gut plastisch verformbar sein, bei Raumtemperatur aber große mechanische Festigkeit haben und dürfen bei der Verarbeitung möglichst nicht verspröden. Die Temperatur, bei der die einzelnen Schichten der nach der Erfindung verwendeten mehrschichtigen Formkörper miteinander verbunden sind, ist im wesentlichen vom Erweichungspunkt der verwendeten Metalle abhängig. So werden Schichten aus Kupfer bzw. Aluminium mit den Schichten aus gesintertem Aluminiumoxid beispielweise bei 500°C miteinander verschweißt Schichten aus Eisen und Aluminiumoxid bei 1250°C. Es ist vorteilhaft, das Verschweißen der einzelnen Schichten in neutraler oder reduzierender Atmosphäre oder im Vakuum vorzunehmen. Der anzuwendende Druck hängt vori obnverwendeten Me-; tallen, bzw. der Zusammensetzung der Metallegierungen ab und lie:@t oberhalb der Fließgrenze dieser Metalle. Bei reinem Eisen beträgt er beispielweise 1 kp/mm. 2 Der Verbund zwischen den einzelnen Schichten der erfindungsgemäß verwendeten Formkörper kann aber auch auf andere Art und Weise hergestellt sein. Ein anderes zweckmäßiges Verfahren ist das Verlöten bei .Temperaturen oberhalb 500°C. Dabei sind zur Erzielung eines guten Verbundes die Aluminiumoxidschichten vorher nach einem der bekannten Verfahren metallisiert worden, beispielweise durch Einbrennen einer Mangan-Molybdänschicht und-anschließend ist bei Temperaturen von 750 - 10000C mit einem Silber-Kupferlot der Verbund hergestellt worden. -Bei nicht allzugroßen Beanspruchungen der Formkörper kann der Verbund auch mit anorganischen Kitten wie Wasserglas bewirkt sein.The metals used for the metal layers should essentially have the following properties. They must be well plastic at higher temperatures be deformable, but have great mechanical strength at room temperature and must, if possible, not become brittle during processing. The temperature at which the individual layers of the multilayer moldings used according to the invention are interconnected is essentially the softening point of the one used Metals dependent. So layers of copper or aluminum are combined with the layers layers of sintered aluminum oxide welded together at 500 ° C, for example of iron and aluminum oxide at 1250 ° C. It is advantageous to weld the individual layers in a neutral or reducing atmosphere or in a vacuum. The pressure to be applied depends on the me-; tallen, or the composition of the metal alloys and left: @t above the yield point of these metals. at for pure iron, for example, it is 1 kp / mm. 2 The network between the individual layers of the moldings used according to the invention can also be made in a different way. Another convenient procedure is soldering at temperatures above 500 ° C. Doing so are to achieve a good Composite metalized the aluminum oxide layers beforehand using one of the known methods for example by baking a manganese-molybdenum layer and then the bond is made at temperatures of 750 - 10000C with a silver-copper solder been. -If the moldings are not subjected to excessive stress, the composite can also be effected with inorganic putties such as water glass.

Die aluminiumoxidhaltigen Schichten des verwendeten Formkörpers bestehen aus Formteilen, die bei Temperaturen oberhalb 15000C, vorzugsweise sogar oberhalb 1700°C aus Massen gesiriert sind, die einen Aluminiumoxidgehalt vuii 13,. astens 90 ,% haben. Bevorzugt geeignet sind Massen mit einem A1203-Gehalt von über 95 %, zweckmäßig sogar über 98 N. Es hat sich aus bisher noch nicht restlos abgeklärten Gründen gezeigt, daß der-Verbund der Schichten und' damit die Schutzwirkung der Formkörper umso besser sind, je höher der A1203-Gehalt der ist, d.h., je weniger Fremdstoffe als weitere Bestandteile vorhanden sind und zu glasartigen Zwischen- und Übergangsphasen führen können. Nicht im Widerspruch dazu stehtijedoch, daß den Aungangspulvern dieser aluminiumoxidhaltigen Massen vor dem Sinterprozess ganz bestimmte Zusätze, wie beispielsweise Karbide der Schwermetalle, insbesondere des Titans, des Wolframs und Molybdäns zugegeben werden können. Durch diese Zusätze wird insbesondere der Verbund zwischen den Schichten verbessert. Sind die zum Schutz erßndungsgemäß verwendeten Formkörper von größerer räumlicher Ausdehnung, dann bestehen die Aluminiumoxidschichten aus einer Vielzahl von durch Sintern hergestellten Formteilen. Sie müssen nicht unbedingt parallel verlaufende Begrenzungswände haben, sondern können vorteil -haft auch anders, beispielweise kugelförmig, ausgestaltet sein und in entsprechende Vertiefungen der Metallschichten eingefügt sein, wodurch der Verbund nach erhöht wird.The aluminum oxide-containing layers of the molded body used consist of molded parts which, at temperatures above 15000 ° C., preferably even above 1700 ° C., are made of compounds which have an aluminum oxide content of 13,. at least 90,% have. Materials with an A1203 content of more than 95%, expediently even more than 98 N, are preferred. For reasons that have not yet been fully clarified, it has been shown that the bond between the layers and thus the protective effect of the moldings are better the more higher the A1203 content of the is, that is, the fewer foreign substances are present as further components and can lead to glass-like intermediate and transition phases. However, this does not contradict the fact that very specific additives, such as carbides of heavy metals, in particular titanium, tungsten and molybdenum, can be added to the powdered powders of these aluminum oxide-containing masses before the sintering process. These additives in particular improve the bond between the layers. If the shaped bodies used according to the invention for protection are of greater spatial extent, then the aluminum oxide layers consist of a large number of shaped parts produced by sintering. They do not necessarily have to have delimitation walls running in parallel, but can advantageously also be designed differently, for example spherical, and be inserted into corresponding depressions in the metal layers, whereby the bond is increased.

Die metallischen Schichten bestehen vorzugsweise aus Metallen, deren Ausdehnungskoeffizient größer als der der Aluminiumoxid-Sinterschicht ist und die zweckrüäßig bei hohen Temperaturen gut plastische verformbar sind und bei diesen Temperaturen und bei der mechanischen Verarbeitung nicht verspröden und ganz allgemein gute mechanische Festigkeiten aufweisen. So bestehen sie beispielsweise aus reue m Eisen, Stahl oder Legierungen des Eisens mit anderen Metallen, z.B. austhenitischen Eisen-Nickellegieruggen. Um das Anbringen von Magnethaftladungen zu verhindern, ist es bei Panzern vorteilhaft, die Metallschichten aus unmagnetischen Metallen herzustellen, beispielweise aus Aluminium oder Kupfer.The metallic layers are preferably made of metals, their Expansion coefficient is greater than that of the aluminum oxide sintered layer and the are expediently plastically deformable at high temperatures and at these Temperatures and during mechanical processing do not become brittle and in general have good mechanical strengths. For example, they consist of repentance m iron, steel or alloys of iron with other metals, e.g. austenitic Iron-nickel alloys. To prevent the attachment of magnetic charges, It is advantageous for tanks to have the metal layers made of non-magnetic metals made of aluminum or copper, for example.

Schutz bieten die im Sinne der Erfindung verwendeten «hrschichtigen Formkörper vor all solchen Teilen, di:e infolge ihrer hohen Energie zerstörend wirken, wie beispielweise vor den Splittern, die bei Zerkleinerungsmaschinen auftreten, vor Splittern von Geschossen und insbesondere vor Geschossen selbst, ganz besonders auch vor Hohlladungen Die Formkörper finden deshalb bevorzugt Anwendung bei Schutzwänden, Befestigungsanlagen und Geschützstellungen. Ganz besonders geeignet sind sie bei beweglichen Objekten wie Schiffen, Flutzeugen und Panzerwagen, bei denen Beweglichkeit, Geschwindigkeit, Reichweite und Nutzlast sehr stark abhängig sind von ihrem Eigengewicht und insbesondere vom Gewicht ihrer Panzerung. Dabei beruht ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß verwendeten mehrschichtigen Formkörper noch darin, daß sie bei einer beispielsweise durch auftreffende Splitter oder Geschosse eine wesentlich geringere Neigung zum Zersplittern zeigen und selber beim Zersplittern der gesinterten Aluminiumoxidschicht diese mit den aufgschweißten Metallschichten in Zusammenhang und damit noch wirksam bleibt.-The coated molded bodies used in the context of the invention offer protection from all those parts which, due to their high energy, have a destructive effect, such as, for example, the splinters that occur in shredding machines, splinters from projectiles and in particular from projectiles themselves, especially also against shaped charges The moldings are therefore preferred for use in protective walls, fortifications and gun emplacements. They are particularly suitable for moving objects such as ships, flood vehicles and armored vehicles, where mobility, speed, range and payload are very dependent on their own weight and, in particular, on the weight of their armor. A particular advantage of the multilayer moldings used according to the invention is that they are used in a show a significantly lower tendency to splinter, for example due to impacting splinters or projectiles, and even if the sintered aluminum oxide layer splinters, it remains in connection with the welded-on metal layers and thus remains effective.

Claims

- Claims ° 1. Protection against high-energy parts, like splinters and projectiles with the help of alternating layers of hard, moldings made up of non-ductile materials and less hard materials, characterized by the connection of moldings in which at least one layer made of alumina-containing masses sintered at high temperatures with an A1203 content of over 9b% and at least one further layer of a metal with a larger one Expansion coefficients than the alumina sintered layer and where the layers, which differ in their composition, at temperatures above 500 ° C are firmly connected to each other. @. Mel-layered molded body for protection against parts striking with high energy according to claim 1, characterized by an even number of layers of alumina and an odd number of layers made of metal or vice versa. 3. L @ iehrschj2htiger molded body to protect against with High energy impacting parts according to any one of claims 1. and 2, characterized in that that the layers of aluminum oxide and metal are welded together. '