JP3774193B2 - 多層複合板を含む装甲成形ボディ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度鋼から作られた第１の層と、上記第１の層に接続したチタンまたはチタン合金から作られた少なくとも第２の層とを有する多層複合板からなる装甲成形ボディ、並びに装甲成形ボディの製造方法に関する。

装甲成形ボディは、例えば、砲撃に対して車両乗員を防御するために、車両構造体に使用される。設計者は、可能な限り軽い車両重量で、乗員の最も大きな安全性を達成するために努力する。

多層複合構造体の形状での重量を節約した砲撃防御は、ロシア連邦特許第２１０２６８８Ｃ１号で既知である。この複合構造体は、高強度鋼で作られた支持板と、且つ上記支持板に接続されて、中強度または高強度のチタン合金で作られて、複合構造体の外側を形成してそのため銃弾に直撃される板と、を含む。この複合構造体は高強度鋼で作られた支持板と、上記支持板に接続されて中強度または高強度チタン合金で作られた板とを含む。チタン合金で作られた板と高強度鋼板との厚み比は、０．５〜１．０との間にある。

３層の複合構造体の形状の別の既知の重量節約砲撃防御では（米国特許第４，３６４，３００号）、この厚み比が類似している。この複合構造体では、砲撃に直接曝されない内側層は鋼板で作られ、かつその板の上に配置される中間層は、チタンのような非磁性材料で作られる。また、ここに備えられる追加外側層は、砲撃に直接曝され、鋼板で作られる。
鋼より数倍小さい密度を有するチタンで作られた中間層は、外側鋼板より何倍もの厚みを有する。この外側鋼板は５００〜６００ＢＨＮの硬さを有し、一方で、内側に備わる鋼板は硬さでは半分にすぎない。

別の既知の弾道防御装甲被覆では（ドイツ特許第４０ ３１ ５５０ Ａ１号）、階層状態に構成された材料複合体の形状で、材料複合体は、砲撃に曝される少なくとも一層の耐衝撃性セラミック層と、焼き戻し合金網で作られた少なくても１枚の板層を含む。これらの二つの層は、形状記憶合金で作られた比較的薄い板を介して硬質ろう付けによって互いに接続される。この中間層は、硬質ろう付けする領域内に固有応力を開放するために役立つ。ニッケル−チタン合金が、中間層用の適切な材料として使用できる。このような合金は高価であるので、それらは非常に慎重に使用される。実施態様においては、中間層は、０．３mmの厚みを有し、一方、セラミック層と鋼板層はそれぞれ４mmと２mmの厚みを有する。
さらにその上に、金属で作られた基材に無機硬質材料で作られた硬質材料層を固定するために、種々の方法が知られている。第１の方法（ヨーロッパ特許第０ ３２２ ７１９ Ａ１号、米国特許第３，８０４，０３４Ａ号）では、炭化物、炭化物等、特に硼化チタン、二硼化チタン、炭化チタン、炭化珪素等が硬質材料として使用され、この硬質材料は熱及び圧力を用いて堆積される。第２の方法にしたがえば（ドイツ特許第２１ ６２ ６９２ Ａ１号すなわち米国特許第３，８７１，０２６Ａ号）、高合金鋼または高強度アルミニウム合金で作られた成形構成物は、酸化物、炭化物、窒化物等で接着状態に被覆され、それによって、これらの硬質材料は高温吹き付け被覆法、特に火炎吹き付け、プラズマ吹き付けまたは爆発法において堆積される。
最後に、アルミニウムで作られた覆い板を備えた複数のワイヤー層を含む軽量砲撃防御が既知であり（米国特許第３，８２６，１７２Ａ号）、砲撃に直接されされるそれらの外側覆い板が、軟質アルミニウム層の防御のために硬質材料層を支持する。

このような既知の複合構成体の難点は、それらの板／合板との構造が最適な状態で衝撃銃弾の運動エネルギを吸収するために設計されていないということにある。本発明に基づく火炎試験は、銃弾と複合板の個々の層との間の種々の接続相を考慮にいれたときに、衝撃銃弾に対する最適な防御が、達成することができることを実際に示した。すなわち、第１の接続相（衝撃相）は、銃弾の衝撃面積を瞬時に最大に拡大できるものである。第２の接続相（変形相）においては、銃弾の運動エネルギを可能な限り変形エネルギに変換する必要がある。最後に第３の接続相（遮断相）においては、銃弾の運動エネルギを変形エネルギに変換する層（変形層）が、樽型貫通またはテーパ開孔（銃弾貫通）を防止するように維持することが必要である。
ロシア連邦特許第２１ ０２ ６８８ Ｃ１号 米国特許第４，３６４，３００号 ドイツ特許第４０ ３１ ５５０ Ａ１号 ヨーロッパ特許第０ ３２２ ７１９ Ａ１号 米国特許第３，８０４，０３４Ａ号 ドイツ特許第２１ ６２ ６９２ Ａ１号 米国特許第３，８７１，０２６Ａ号 米国特許第３，８２６，１７２Ａ号

本発明を構成する課題は、多層複合板からなる比較的軽量の装甲成形ボディの製造方法を提供することであり、この装甲成形ボディは最高度の銃器クラスであっても銃弾貫通に対して信頼性のある防御を提供する。

上記に検討した先行技術から生じる課題は、次の方法工程、
ａ） 熱処理によって硬化可能な高強度鋼で作られた第１のストリップを、チタンまたはチタン合金で作られた第２のストリップとを圧延接合して複合ストリップにすること、
ｂ） 上記複合ストリップから所定長さに切断した少なくとも一つの複合板を成形ボディに成形すること、
ｃ） 高硬度の硬質材料層を、成形ボディのチタンまたはチタン合金の層の表面に堆積すること、
ｄ） 上記成形ボディを熱処理すること、
によって解決される。

この高硬度が理由で、硬化した鋼では達成可能はほど遠くて、この高硬度材料層が、銃銃弾が当たったときに、衝撃面積を第１接触相内において最短時間で非常に拡大することを確実にする、これは、高強度を備えているが先行技術で提供されるように非常に低い硬さを有する層上での衝撃の場合よりさらに激しく銃弾が変形するためである。銃弾の衝撃面積の拡大のために、銃弾によって成形ボディに伝達される力は広い面積に分布するのは、硬質材料層の真下に存在するチタンまたはチタン合金で作られたより小さく面積を限定したこの層の負荷が出現するためである。チタンまたはチタン合金で作られたこの層は、銃弾の第２の接続相においては、銃弾の運動エネルギを可能な限り大きな部分で変形エネルギに変換する。適切なチタン合金を選択することによって、この層の性質をこの任務の最適状態に適合させることができる。高強度硬で作った層は、成形ボディの樽型貫通またはテーパ開孔が（銃弾貫通）発生しないように、第３結合相中に変形層を維持する任務を最終的に有する。金属ストリップ用の材料のとして、合金鋼は、容易に変形可能であり、単に完全に硬化し、成形ボディの熱処理の最中にその最大強度に達するので、複合板を成形ボディに成形することが、一方で容易に達成され、もう一方で、鋼の高強度性質がその後の熱処理によって十分に発達する。このような性質は、例えば、焼付け硬化効果を示す鋼によってもたらされる。ストリップから所定長さを切断した複合板が、実際に問題なく成形ボディへと成形することができるのは、硬質材料層がまだ堆積しないままであるからである。硬質材料は複合板を成形ボディに成形した後にのみ堆積されるので、その逆ではないので、堆積に関する問題もなく、硬くて脆い硬質材料層の剥離の危険もない。すなわち、このような方法は、装甲成形ボディの単価を軽重量にするとともに低く維持することを可能にする。
個々の層に対する種々の材料の負荷が最適である選択範囲は、砲撃の安全性と重量との間で最適比率すべきであるという必要条件に対して準備する。可能限り軽量であるいう重量の観点から、複合板を形成する二つの組の中では、チタン板を鋼板より厚くする必要がある。チタン板の厚みは１ｍｍと４ｍｍとの間にすべきであり、鋼板の厚みは１ｍｍと３ｍｍの間にすべきである。

記載したＦｅＢ粉末以外に、ＴｉＮ−、ＴｉＯ_２、ＴｉＣ−、またはＡｌ_２Ｏ_３−粉末が硬質材料層として特に良く適合する。また、これら粉末の混合物が、ふさわしい被覆材料をとなる。優れた接着性のために、被覆材料を、格子構造の支持板に部分的に適合させることができる。火炎吹き付けが、硬質材料層の材料を堆積させるのに特に良く適合する。この方法は、硬質材料層が粉末形状であるときは、特に適している。

ＦｅＢ粉末は、価格効率を高くする被覆材料である。熱処理によって、堆積ＦｅＢ層は、高い硬さを有する硬質材料層が生じるように、基材からのチタンでＴｉＢ_２（硼化チタン）を形成するために化学的に変えることができる。この材料は、基材への良好な接着性によって、さらに特徴を示す。熱処理は、好ましくは、必要な熱処理で行われ、場合によっては、鋼層の効果のためである。

Claims (3)

1. 装甲成形ボディを製造する方法であって、
   ａ）熱処理によって硬化可能な高強度鋼から作られた第１のストリップを、チタンまたはチタン合金から作られた第２のストリップとを圧延接合して複合ストリップにする工程、
   ｂ）前記複合ストリップから所定長さに切断した少なくとも一枚の複合板を成形ボディに成形する工程、
   ｃ）前記成形ボディのチタンまたはチタン合金の層の表面に、高硬度の硬質材料層を堆積する工程、
   ｄ）前記成形ボディを熱処理する工程
   を特徴とする装甲成形ボディを製造する方法。
2. 前記硬質材料層を火炎吹き付けによって堆積し、それによってＴｉＮ−、ＴｉＯ_２−、ＴｉＣ−、Ａｌ_２Ｏ_３−、ＦｅＢ−の粉末、または前記粉末の混合物が吹き付け材料として使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ＦｅＢの粉末を被覆材料として使用するとき、前記成形ボディは、硬質材料層の堆積に引き続いて熱処理が施され且つ熱処理の際に前記ＦｅＢが基材のチタンとともにＴｉＢ_２（硼化チタン）に変化することを特徴とする請求項２に記載の方法。