CN103727842A - 一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板及其制备方法，其特征在于所述防弹板包含至少一个金属侧向约束树脂复合板结构，而且纤维层、陶瓷层以及金属侧向约束树脂复合板形成三明治结构。其制备过程包括：通过激光焊制备钛合金框架，根据钛合金型腔的尺寸制备超高分子量聚乙烯板，使用胶黏剂将超高分子量聚乙烯板固定在钛合金框架的型腔里，使用胶黏剂连接碳纤维层和陶瓷层，通过陶瓷表面金属化法实现陶瓷层和金属侧向约束树脂复合板的连接。该防弹板具有硬度高，韧性好抗撕裂性能好，解决了防弹板在受撞击过程中由于震动导致层与层之间的崩离现象，以及金属直接作为迎弹面不能起到很好的防弹效果的问题，提高了防弹板的防弹性能。可广泛应用于装甲车以及需要防护的飞行器上。

Description

一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板及其制备方法

技术领域：

本发明涉及复合材料防弹板的制备方法，特别是涉及一种纤维/陶瓷/金属复合防弹板及其制备方法。

背景技术：

现有防弹板主要有三种，第一种为合金钢防弹板，这种防弹板韧性较好，但是硬度较低。第二种为陶瓷防弹板，这种防弹板密度小硬度高，但是抗冲击性差，易破碎。第三种为金属/陶瓷层叠复合防弹板，金属板和陶瓷板结合的强度低，在高速弹丸的打击作用下，吸收弹丸能量的效果不理想。

传统的层叠式复合防弹板通常以较硬的陶瓷作面板、以韧性良好的金属或纤维复合材料做背板，两者之间用胶粘剂粘结。然而，此结构缺点在于层和层之间只是简单的靠胶黏剂粘结在一起，当子弹撞击防弹板的过程中，由于巨大的震动效果导致层和层之间的崩落现象，失去了作为复合防弹板共同抵抗子弹冲击的效果。

中国专利201201251068.8公开了一种多孔金属封装陶瓷复合防护板及其制备方法，该防护板包括至少一层陶瓷芯板，还包括至少一层陶瓷芯板包裹并和其冶金结合为一体的多孔金属，这种想法虽然解决了子弹撞击过程中巨大的振动效应导致层层之间的崩离现象，使得防弹板作为整体抵挡子弹，但是多孔金属做为直接迎弹面硬度较低，大大减弱了防弹板的防弹效果。

目前，陶瓷/金属防弹板存在问题是：①防弹板在受子弹撞击的过程中层与层之间崩离现象；②金属直接作为迎弹板防弹效果差。

发明内容：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纤维/陶瓷/金属复合防弹板及其制备方法，该复合防弹板具有优良的抗冲击性能，解决了子弹冲击过程中层与层之间崩离现象，以及金属作为直接迎弹面防弹效果差的现象。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，至少包括一层金属侧向约束树脂的复合板结构。

作为直接迎弹面的纤维层和陶瓷层以及金属侧向约束树脂的复合板构成三明治结构，通过胶黏剂将纤维层和陶瓷层胶接起来以及使用陶瓷表面金属化法将陶瓷层和金属侧向约束树脂复合板焊接在一起。

本发明所述金属侧向约束高性能纤维复合板的金属采用钛合金，以及树脂采用超高分子量聚乙烯。

本发明所述的纤维层采用碳纤维。

本发明所述的陶瓷层是氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅或碳化硼制成的板材。

一种纤维/陶瓷/金属复合防弹板的具体制备方法，步骤如下：

步骤1：通过激光焊制备钛合金框架1；

步骤2：根据钛合金型腔的尺寸制备超高分子量聚乙烯板2；

步骤3：使用胶黏剂将超高分子量聚乙烯板固定在钛合金框架的型腔里；

步骤4：使用胶黏剂连接碳纤维层和陶瓷层；

步骤5：最复杂的在于实现陶瓷与金属的连接，因为陶瓷和金属属于两种完全不同的材料，很难实现原子间结合。最常使用陶瓷表面金属化法是先对陶瓷表面进行金属化处理，采用烧结或其它方法在陶瓷表面涂镀一层金属作为中间层，然后用钎料把金属镀层和金属钎焊在一起。陶瓷表面金属化的方法有很多，常采用Mo-Mn法。工艺过程为：将Mo-Mn粉制成膏剂涂在陶瓷表面，在1000～1800℃的N2或H2气氛中烧结后，表面形成玻璃相，同时部分金属氧化物被还原，产生金属表面层，最后在表面镀上一层金属。最终实现一种金属与金属的直接焊接，就变得相对比较容易了。

本发明所述的纤维/陶瓷/金属复合防弹版的主要优点兼具纤维、陶瓷和金属各自的特性，纤维层和陶瓷层作为直接迎弹面充分发挥了它们本身高硬度的特性，有效地抵挡子弹。然后金属侧向约束树脂复合板具有韧性好的特点，能够有效防止层与层崩离现象，作为一个整体有效阻挡子弹。

附图说明：

图1为本发明的金属侧向约束树脂复合板的钛合金框架剖面图。

图2为本发明的金属侧向约束树脂复合板的超高分子量聚乙烯板剖面图。

图3为本发明的钛合金侧向约束超高分子量聚乙烯的组合剖面图。

图4为本发明的纤维层的碳纤维剖面图。

图5为本发明的陶瓷层剖面图。

图6为本发明纤维/陶瓷/金属复合防弹板的剖面图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例：

将两块长宽均为30mm，厚度为3mm的两块钛合金板，以及两块长为30mm，宽为4mm，厚为3mm的钛合金板。通过激光焊焊接成钛合金框架。制备三块长为30mm，宽为8mm，厚为4mm的超高分子量聚乙烯板，利用胶黏剂粘结成钛合金侧向约束超高分子量聚乙烯复合板。将长宽均为30mm，厚为6mm的氧化铝陶瓷板以及长宽均为30mm，厚为4mm的碳纤维板利用胶黏剂粘结在一起，然后利用陶瓷表面合金化法在陶瓷表面形成一层钛合金，与钛合金侧向约束超高分子量聚乙烯板利用钎焊焊接在一起。

上述仅为本发明的一个实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，其特征在于所述防弹板包含至少一个金属侧向约束树脂复合板结构，而且纤维层、陶瓷层以及金属侧向约束树脂复合板形成三明治结构。

2.根据权利要求1所述的一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，其特征在于防弹板的最直接迎弹面为纤维层，陶瓷层为次迎弹面，金属侧向约束树脂复合板最后承受子弹的撞击。

3.根据权利要求1所述的一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，其特征在于纤维层和陶瓷层之间通过胶黏剂胶接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，其特征在于陶瓷层和金属侧向约束树脂复合板之间采用陶瓷表面金属化法在陶瓷层表面形成一层金属层，然后通过钎焊连接在一起。

5.根据权利要求3所述的一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，其特征在于所述纤维层为碳纤维层，所述陶瓷层为氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅或碳化硼制成的板材。

6.根据权利要求4所述的一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板，其特征在于所述金属为钛合金，所述树脂为超高分子量聚乙烯。

7.一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板的制备方法，其特征在于包括以下顺序的步骤：

(1)通过激光焊制备钛合金框架1；

(2)根据钛合金型腔的尺寸制备超高分子量聚乙烯板2；

(3)使用胶黏剂将超高分子量聚乙烯板固定在钛合金框架的型腔里；

(4)使用胶黏剂连接碳纤维层和陶瓷层；

(5)通过陶瓷表面金属化法实现陶瓷层和金属侧向约束树脂的连接。

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