CN108326315A - 一种多层梯度装甲结构及其制造方法 - Google Patents

一种多层梯度装甲结构及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多层梯度装甲结构及其制造方法，其中多层梯度装甲结构包括：表层，中间层和内层，所述表层和中间层均为钛基陶瓷颗粒复合材料，且在层内均采用钛合金空间点阵结构进行模块化，其中，所述表层的陶瓷颗粒质量分数高于所述中间层的陶瓷颗粒质量分数以增加表层强度，所述内层为钛合金材料以保证韧性。本发明为一种具有层内点阵结构并由陶瓷颗粒增强的钛合金梯度复合材料装甲，能提高装甲材料的抗弹性能，将单发子弹的破坏限制在小范围内，采用多层结构并增加了表层材料钝化弹头的能力，提高抗冲击力。

Description

一种多层梯度装甲结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料构件制造技术领域，特别是涉及一种多层梯度装甲结构及其制造方法。
背景技术
目前，钛基复合材料的制备方法主要有铸造、锻造以及粉末冶金法。在钛合金熔炼阶段通过将陶瓷粉末加入熔液，或将陶瓷粉末与钛合金粉末混合后进行粉末冶金成型，从而调节钛基复合材料的强度与韧性等指标，用于装甲防护。但是，采用铸造、锻造以及粉末冶金法仅能实现层状钛基复合材料装甲的制造，无法制备层间具有复杂结构的装甲层。钛基复合材料较钛合金来说强度高，但韧性不足，受单发子弹打击后产生的压缩应力波迅速向四周传播，周围材料产生粉末化破坏，裂纹扩展面积大，造成装甲材料抗多发子弹打击能力大幅下降。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种可以限制单发子弹打击时的破坏范围，同时增强表层抗冲击力，提高整体抗弹能力的多层梯度装甲结构及其制造方法。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种多层梯度装甲结构，包括：表层，中间层和内层，所述表层和中间层均为钛基陶瓷颗粒复合材料，且在层内均采用钛合金空间点阵结构进行模块化，其中，所述表层的陶瓷颗粒质量分数高于所述中间层的陶瓷颗粒质量分数，所述内层为钛合金材料。
本发明为一种具有层内点阵结构并由陶瓷颗粒增强的钛合金梯度复合材料装甲，能提高装甲材料的抗弹性能，将单发子弹的破坏限制在小范围内，采用多层结构并增加了表层材料钝化弹头的能力，提高抗冲击力。
进一步地，所述陶瓷颗粒为TiB2, Al2O3, B4C, SiC中的一种或几种。
进一步地，所述表层中陶瓷颗粒的质量分数为20%~30%，所述中间层中陶瓷颗粒的质量分数为10%~15%。
进一步地，所述表层的外侧还覆有面板。
进一步地，所述钛合金空间点阵结构包括直线型，V型或X型。
在本发明的另一个方面，本发明提供了还一种多层梯度装甲结构的制造方法，包括：
1）采用选区熔化增材制造的方法，成型三层钛合金点阵夹层结构，所述三层钛合金点阵夹层结构包括表层点阵结构、中间层点阵结构和内层结构，其中，内层结构为钛合金板；
2）在表层点阵结构和中间层点阵结构中分别填充钛合金粉末与陶瓷粉末的混合物，表层点阵结构中填充的陶瓷颗粒的质量分数高于中间层点阵结构中填充的陶瓷颗粒的质量分数；
3）将整体结构封焊后进行热等静压处理，升温速率为5-30℃/分钟，升温到850~1100℃后，保温60~300分钟，使其形成致密的梯度钛合金装甲结构，层间钛合金点阵结构将钛基复合材料分隔为小型结构单元，实现模块化。
利用本方法可以制造一种具有层内点阵结构并由陶瓷颗粒增强的的钛合金梯度复合材料装甲，能提高装甲材料的抗弹性能，将单发子弹的破坏限制在小范围内，采用多层结构并增加了表层材料钝化弹头的能力，提高抗冲击力。
进一步地，所述陶瓷颗粒为TiB2, Al2O3, B4C, SiC中的一种或几种。
进一步地，所述表层中陶瓷颗粒的质量分数为20%~30%，所述中间层中陶瓷颗粒的质量分数为10%~15%。
进一步地，所述三层钛合金点阵夹层结构的表层点阵结构外侧还覆有面板。
进一步地，所述钛合金空间点阵结构包括直线型，V型或X型。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多层梯度装甲结构的结构示意图；
图2为本发明实施例的三层钛合金点阵夹层结构的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种多层梯度装甲结构的制造方法的流程图。
附图中标记为：
1 表层
2 中间层
3 内层
4 面板
5 表层点阵结构
6 中间层点阵结构
7 内层结构
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种多层梯度装甲结构，如图1所示，包括：表层1，中间层2和内层3，所述表层1和中间层2均为钛基陶瓷颗粒复合材料，且在层内均采用钛合金空间点阵结构进行模块化，其中，所述表层1的陶瓷颗粒质量分数高于所述中间层2的陶瓷颗粒质量分数，以保证表层的强度，所述内层3为钛合金材料以保证韧性。本发明为一种具有层内点阵结构并由陶瓷颗粒增强的的钛合金梯度复合材料装甲，能提高装甲材料的抗弹性能，将单发子弹的破坏限制在小范围内，采用多层结构并增加了表层材料钝化弹头的能力，提高抗冲击力。
在本发明的一个方面，所述陶瓷颗粒为TiB2, Al2O3, B4C, SiC中的一种或几种。
在本发明的一个方面，所述表层1中陶瓷颗粒的质量分数为20%~30%，所述中间层2中陶瓷颗粒的质量分数为10%~15%。
在本发明的一个方面，所述表层1的外侧还覆有面板4，所述面板为薄板，主要作用是在填充粉末过程中将粉末限制在内部,随后进行热等静压处理。
在本发明的一个方面，所述钛合金空间点阵结构包括直线型，V型或X型。如图1中所示，钛合金的空间点阵结构为X型, 另外还可以是直线型或者V型。
本发明还提供了一种多层梯度装甲结构的制造方法，如图3所示，包括：
1）采用选区熔化增材制造的方法，成型三层钛合金点阵夹层结构，如图2所示，所述三层钛合金点阵夹层结构包括表层点阵结构5、中间层点阵结构6和内层结构7，其中，内层结构7为钛合金板；
2）在表层点阵结构和中间层点阵结构中分别填充钛合金粉末与陶瓷粉末的混合物，表层点阵结构中填充的陶瓷颗粒的质量分数高于中间层点阵结构中填充的陶瓷颗粒的质量分数；
3）将整体结构封焊后进行热等静压处理，升温速率为5-30℃/分钟，升温到850~1100℃后，保温60~300分钟，使其形成致密的梯度钛合金装甲结构，层间钛合金点阵结构将钛基复合材料分隔为小型结构单元，实现模块化。
本发明采用增材制造与粉末冶金相结合的方法，可以制造一种具有层内点阵结构并由陶瓷颗粒增强的的钛合金梯度复合材料装甲，能提高装甲材料的抗弹性能，将单发子弹的破坏限制在小范围内，采用多层结构并增加了表层材料钝化弹头的能力，提高抗冲击力。
在本发明的一个方面，所述陶瓷颗粒为TiB2, Al2O3, B4C, SiC中的一种或几种。
在本发明的一个方面，所述表层中陶瓷颗粒的质量分数为20%~30%，所述中间层中陶瓷颗粒的质量分数为10%~15%。
在本发明的一个方面，所述三层钛合金点阵夹层结构的表层点阵结构外侧还覆有面板。
在本发明的一个方面，所述钛合金空间点阵结构包括直线型，V型或X型。如图1中所示，钛合金的空间点阵结构为X型，另外还可以是直线型或者V型。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多层梯度装甲结构，其特征在于，包括：
表层，中间层和内层，所述表层和中间层均为钛基陶瓷颗粒复合材料，且在层内均采用钛合金空间点阵结构进行模块化，其中，所述表层的陶瓷颗粒质量分数高于所述中间层的陶瓷颗粒质量分数，所述内层为钛合金材料。
2.如权利要求1所述的多层梯度装甲结构，其特征在于，所述陶瓷颗粒为TiB2, Al2O3,B4C, SiC中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的多层梯度装甲结构，其特征在于，所述表层中陶瓷颗粒的质量分数为20%~30%，所述中间层中陶瓷颗粒的质量分数为10%~15%。
4.如权利要求1所述的多层梯度装甲结构，其特征在于，所述表层的外侧还覆有面板。
5.如权利要求1-4中任一项所述的多层梯度装甲结构，其特征在于，所述钛合金空间点阵结构包括直线型，V型或X型。
6.一种多层梯度装甲结构的制造方法，其特征在于，包括：
1）采用选区熔化增材制造的方法，成型三层钛合金点阵夹层结构，所述三层钛合金点阵夹层结构包括表层点阵结构、中间层点阵结构和内层结构，其中，内层结构为钛合金板；
2）在表层点阵结构和中间层点阵结构中分别填充钛合金粉末与陶瓷粉末的均匀混合物，表层点阵结构中填充的陶瓷颗粒的质量分数高于中间层点阵结构中填充的陶瓷颗粒的质量分数；
3）将整体结构封焊后进行热等静压处理，升温速率为5-30℃/分钟，升温到850~1100℃后，保温60~300分钟，使其形成致密的梯度钛合金装甲结构，层间钛合金点阵结构将钛基复合材料分隔为小型结构单元，实现模块化。
7.如权利要求6所述的多层梯度装甲结构的制造方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒为TiB2, Al2O3, B4C, SiC中的一种或几种。
8.如权利要求6所述的多层梯度装甲结构的制造方法，其特征在于，所述表层中陶瓷颗粒的质量分数为20%~30%，所述中间层中陶瓷颗粒的质量分数为10%~15%。
9.如权利要求6所述的多层梯度装甲结构的制造方法，其特征在于，所述三层钛合金点阵夹层结构的表层点阵结构外侧还覆有面板。
10.如权利要求6-9中任一项所述的多层梯度装甲结构的制造方法，其特征在于，所述钛合金空间点阵结构包括直线型，V型或X型。
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