一种轻质耐冲击防护板的制作方法

本发明涉及防护装甲材料制造技术领域，特别涉及一种可以抵御高速冲击波破坏，同时避免拉伸波拉伸产生破坏的轻质耐冲击防护板。

背景技术：

防护装甲材料的用途较为广泛，例如防爆服、装甲车以及坦克等，以坦克为例，目前的坦克防护装甲普遍采用的材料为高强度钢板，随着对装甲性能要求的不断提高，装甲材料逐渐向高强度、轻量化的陶瓷和复合材料方向发展。

现有的陶瓷和复合材料作为装甲，主要存在以下的技术问题：

(1)陶瓷和复合材料作为装甲，必须在结构内部布置内衬层，用于耗散冲击波的能量，但是在相邻两种材料的界面处，由于波的反射和透射特性，导致界面处出现撕裂，因此内衬层可能会对结构内部产生更大的破坏威力；(2)若要保证结构内部的人员经受住冲击波效应，必须设置足够厚的内衬层，这会导致结构内部的空间大幅减小。

因此，设计一种强度高、轻量化并能够有效耗散冲击波能量和避免结构内部出现撕裂的防护板成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种轻质耐冲击防护板，以便能够使得防护板强度高、轻量化并能够有效耗散冲击波能量，避免结构内部出现撕裂。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轻质耐冲击防护板，包括陶瓷层、与所述陶瓷层接合的陶瓷-铝梯度层以及与所述陶瓷-铝梯度层接合的泡沫铝缓冲层，其中，所述陶瓷-铝梯度层由陶瓷和金属铝混合形成，且所述陶瓷-铝梯度层与所述陶瓷层接合的一侧为第一侧，所述陶瓷-铝梯度层与所述泡沫铝缓冲层接合的一侧为第二侧，由所述第一侧至所述第二侧，所述陶瓷-铝梯度层中陶瓷的含量从100％逐渐降低为0％，金属铝的含量从0％逐渐增加至100％。

优选地，所述陶瓷-铝梯度层中，由所述第一侧至所述第二侧，所述陶瓷的含量匀速降低，所述金属铝的含量匀速升高。

优选地，所述泡沫铝缓冲层为变孔径泡沫铝缓冲层，且所述泡沫铝缓冲层中发泡孔的孔径，由靠近所述陶瓷-铝梯度层的一侧向远离所述陶瓷-铝梯度层的一侧逐渐增大。

优选地，还包括等孔径泡沫铝缓冲层，所述等孔径泡沫铝缓冲层与所述变孔径泡沫铝缓冲层发泡孔孔径较大的一侧接合。

优选地，所述等孔径泡沫铝缓冲层中发泡孔的孔径，不小于所述变孔径泡沫铝缓冲层中最大发泡孔的孔径。

除此之外，本发明中还公开了另外一种轻质耐冲击防护板，包括陶瓷层、与所述陶瓷层接合的陶瓷-铝梯度层、与所述陶瓷-铝梯度层接合的金属铝层以及与所述金属铝层接合的泡沫铝缓冲层，其中，所述陶瓷-铝梯度层由陶瓷和金属铝混合形成，且所述陶瓷-铝梯度层与所述陶瓷层接合的一侧为第一侧，所述陶瓷-铝梯度层与所述金属铝层接合的一侧为第二侧，由所述第一侧至所述第二侧，所述陶瓷-铝梯度层中陶瓷的含量从100％逐渐降低为0％，金属铝的含量从0％逐渐增加至100％。

优选地，所述陶瓷-铝梯度层中，由所述第一侧至所述第二侧，所述陶瓷的含量匀速降低，所述金属铝的含量匀速升高。

优选地，所述泡沫铝缓冲层为变孔径泡沫铝缓冲层，且所述泡沫铝缓冲层中发泡孔的孔径，由靠近所述金属铝层的一侧向远离所述金属铝层的一侧逐渐增大。

优选地，还包括等孔径泡沫铝缓冲层，所述等孔径泡沫铝缓冲层与所述变孔径泡沫铝缓冲层发泡孔孔径较大的一侧接合。

本发明中还公开了一种轻质耐冲击防护板的制造方法，包括步骤：

1)向模板内注入液态陶瓷，然后向模板内注入液态铝；

2)施加压力以使所述金属铝侵入到所述液态陶瓷内；

3)冷却所述模板以形成陶瓷层和所述陶瓷-铝梯度层；

4)向所述模板内的液态铝中加入添加剂后进行发泡工艺以形成所述泡沫铝缓冲层；

5)冷却所述模板并最终形成所述轻质耐冲击防护板。

本发明中所公开的轻质耐冲击防护板，利用了陶瓷的耐冲击性能和泡沫铝吸收冲击波的优良性能，在实际应用时，陶瓷层为最外层，泡沫铝缓冲层为最内层，陶瓷层和泡沫铝缓冲层之间设置了陶瓷-铝梯度层，该陶瓷-铝梯度层靠近陶瓷层的一侧陶瓷含量较大，靠近泡沫铝的一侧铝含量较大，这使得耐冲击防护板中各种材料的接合位置实现了梯度式逐渐过渡，克服了现有技术中陶瓷与金属铝之间的界面在强冲击载荷下容易应力集中和开裂的缺陷；同时，泡沫铝可以有效吸收冲击波的能量，泡沫铝本身的结构可以极大的削弱拉伸波的破坏程度；另外，泡沫铝的密度较低，这就可以在很大程度上降低防护装甲的重量，增大坦克等装置的机动能力，并在很大程度上降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的轻质耐冲击防护板的结构示意图；

图2为本发明实施例中所公开的轻质耐冲击防护板的陶瓷-铝梯度层中各成分的含量变化示意图。

附图中标记如下：

1为陶瓷层，2为陶瓷-铝梯度层，3为金属铝层，4为变孔径泡沫铝缓冲层，5为等孔径泡沫铝缓冲层。

具体实施方式

本发明的核心之一在于提供一种轻质耐冲击防护板，以便能够使得防护板强度高、轻量化并能够有效耗散冲击波能量，避免结构内部出现撕裂。

本发明的另一核心还在于提供一种上述轻质耐冲击防护板的制造方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明第一实施例中所公开的耐冲击防护板，包括陶瓷层1、与陶瓷层1接合的陶瓷-铝梯度层2以及与陶瓷-铝梯度层2接合的泡沫铝缓冲层，其中，陶瓷-铝梯度层2由陶瓷材料和金属铝材料混合形成，且陶瓷-铝梯度层2与所述陶瓷层1接合的一侧为第一侧，陶瓷-铝梯度层2与泡沫铝缓冲层接合的一侧为第二侧，由第一侧至第二侧，陶瓷-铝梯度层2中陶瓷的含量从100％逐渐降低为0％，金属铝的含量从0％逐渐增加至100％。

上述实施例中的轻质耐冲击防护板，利用了陶瓷的耐冲击性能和泡沫铝吸收冲击波的优良性能，在实际应用时，陶瓷层1为最外层，泡沫铝缓冲层为最内层，陶瓷层1和泡沫铝缓冲层之间设置了陶瓷-铝梯度层2，该陶瓷-铝梯度层2靠近陶瓷层1的一侧陶瓷含量较大，靠近泡沫铝的一侧铝含量较大，这使得耐冲击防护板中各种材料的接合位置实现了梯度式逐渐过渡，克服了现有技术中陶瓷与金属铝之间的界面在强冲击载荷下容易应力集中和开裂的缺陷；同时，泡沫铝可以有效吸收冲击波的能量，泡沫铝本身的结构可以极大的削弱拉伸波的破坏程度；另外，泡沫铝的密度较低，这就可以在很大程度上降低防护装甲的重量，增大坦克等装置的机动能力，并在很大程度上降低能耗。

陶瓷层1主要起到防护和装甲作用，在弹体高速冲击防护板时，弹体的动能主要靠陶瓷层1消耗，根据不同的装甲防护需求，陶瓷层1的厚度可以进行适应性变化。

陶瓷-铝梯度层2只要是为了避免陶瓷与金属泡沫铝界面在冲击波的破坏作用下发生撕裂破坏，采用梯度变化的设计方法可以使两种相互接合的材料之间实现逐渐过渡，从而避免两种材料的界面位置被冲击波撕裂。

泡沫铝缓冲层也需要根据装夹防护需求进行设计，因此其厚度也会根据不同需求而产生适应性变化。

如图2中所示，在陶瓷-铝梯度层2中，由第一侧至第二侧，陶瓷的含量匀速降低，金属铝的含量匀速升高。

为了减少内部的应力并尽量避免应力产生突变，第一实施例中的泡沫缓冲层为变孔径泡沫铝缓冲层4，如图1中所示，泡沫铝缓冲层中发泡孔的孔径，由靠近陶瓷-铝梯度层2的一侧向远离陶瓷-铝梯度层2的一侧逐渐增大。由于靠近陶瓷-铝梯度层2一侧的泡沫铝缓冲层需要承受较大的应力，因此该侧的发泡孔的孔径设置的偏小，并且该位置的铝含量应该最高，随着泡沫铝缓冲层厚度的增加，应力逐渐减小，因此发泡孔的直径逐渐增大，与此同时，铝含量随着泡沫铝缓冲层厚度的增加也逐渐降低，以便一方面提高缓冲能力，另一方面降低泡沫缓冲层的整体密度。

更进一步的，为了提高耐冲击防护板内部的缓冲能力，第一实施例中所公开的耐冲击防护板中还设置了等孔径泡沫铝缓冲层5，等孔径泡沫铝缓冲层5与变孔径泡沫铝缓冲层4发泡孔孔径较大的一侧接合，如图1中所示，并且等孔径泡沫铝缓冲层5中发泡孔的孔径，不小于变孔径泡沫铝缓冲层4中最大发泡孔的孔径。

除此之外，本发明中还提供了第二实施例，第二实施例中公开了另外一种轻质耐冲击防护板，与第一实施例中的轻质耐冲击防护板相比第二实施例的区别在于：陶瓷-铝梯度层2并非直接与泡沫铝缓冲接合，而是陶瓷-铝梯度层2与金属铝层3接合，金属铝层3与泡沫铝缓冲层接合，如图1中所示。金属铝层3的设置主要是考虑到以金属铝作为基体进行发泡来生成泡沫铝缓冲层较为方便，从而使得生产工艺更为合理。

当然，第二实施例中的耐冲击防护板的陶瓷-铝梯度层2，由第一侧至所述第二侧，陶瓷的含量也匀速降低，金属铝的含量也匀速升高。

出于与第一实施例中相同的考虑，第二实施例中泡沫铝缓冲层为变孔径泡沫铝缓冲层4，且泡沫铝缓冲层中发泡孔的孔径，由靠近金属铝层3的一侧向远离金属铝层3的一侧逐渐增大。为了进一步提高耐冲击防护板内侧的缓冲能力，还设置了等孔径泡沫铝缓冲层5，等孔径泡沫铝缓冲层5与变孔径泡沫铝缓冲层4发泡孔孔径较大的一侧接合，如图1中所示。当然，在该实施例中，等孔径泡沫铝缓冲层5中发泡孔的孔径，不小于变孔径泡沫铝缓冲层4中最大发泡孔的孔径。

本发明中还公开了一种轻质耐冲击防护板的制造方法，包括如下步骤：

1)向模板内注入液态陶瓷，然后向模板内注入液态铝；

2)施加压力以使所述金属铝侵入到所述液态陶瓷内；

3)冷却所述模板以形成陶瓷层和所述陶瓷-铝梯度层；

4)向所述模板内的液态铝中加入添加剂后进行发泡工艺以形成所述泡沫铝缓冲层；

5)冷却所述模板并最终形成所述轻质耐冲击防护板。

在步骤3)中，陶瓷凝固时，金属铝还处于液态，这就为液态金属铝进行发泡工艺提供了方便，在液态金属铝内加入添加剂并进行发泡后，进入步骤5)，步骤5)中的冷却使得金属铝以及泡沫铝均凝结成为固体，整个轻质耐冲击防护板制造完成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。