复合物透明铠板的制作方法

专利名称:复合物透明铠板的制作方法
复合物透明I岂板[0001]本申请是针对申请号为200680020530.6，申请日为2006年6月9日，申请人为圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，发明名称为“透明陶瓷复合物”的中国发明专利申请的分案申请。[0002]相关申请[0003]本申请要求申请日为2005年6月10日、申请号为60/689688、发明名称为“透明陶瓷复合物”、和申请日为2006年I月25日、申请号为60/761814、发明名称为“透明陶瓷复合物”的两个美国临时专利申请的优先权。技术领域：
[0004]本发明涉及陶瓷的合成物，尤其涉及透明陶瓷铠板。
背景技术：
[0005]陶瓷表现出的各种性能使其可用于会受到例如磨损、高温或者高速冲击的产品中。出色的强度重量比和优异的硬度意味着陶瓷常常可以替代和改进诸如钢、聚合物、和玻璃之类的结构材料。陶瓷复合物是包括粘合于另一种陶瓷或者非陶瓷材料的一种陶瓷的材料。例如，一个陶瓷片可以粘合在一个玻璃或者塑料或者另一陶瓷上形成一种陶瓷复合物。陶瓷复合物在使陶瓷的有益性质得到利用的同时，可提供一种例如比完全的陶瓷材料份量轻、更柔性或价格低的产品。[0006]陶瓷可以是不透明的、半透明的或者透明的。对透明陶瓷特别感兴趣，是因为它们可以提供一种可替代透明玻璃或者聚合物的耐冲击、耐刮擦和耐热的材料。虽然陶瓷片的生产通常比玻璃或者聚合物片的生产成本高，但陶瓷的优异性质使它们成为供在极端条件或者恶劣环境中需要抗刮擦、高强度和光透射的小窗之用的上选材料。[0007]已经有人提出陶瓷与其他材料如玻璃和聚碳酸酯的复合物可作为耐冲击透明铠板。例如，美国的法定发明注册H1567描述了一种透明的复合物铠板，其具有一个硬质易碎面板，用弹性更高的板做背衬。美国法定发明注册号H1519描述了将透明氧化铝或者氧化镁粘合至一个透明塑料支撑板的方法。然而，为了提供充分的透明度和强度，这些复合物可能是既厚、又重、又贵，而且只能以小尺寸获得，提供的观察面积有限。其结果是，陶瓷复合物尚未广泛地用作透明铠板。本技术领域：
中在例如减轻重量和成本的同时提高表面积的进步应当产生性能改善的铠板并使陶瓷在这个领域中有更多的应用。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种透明陶瓷复合物，其对于口径0.30AP的射弹的V5tl大于843m/s,且面密度低于58.7kg/m2。[0009]本发明的另一方面涉及一种陶瓷复合物，其包括至少有一个维度尺寸大于15厘米、大于20厘米或者大于25厘米的单晶蓝宝石片。[0010]本发明的另一方面提供一种制造陶瓷复合物的方法，其包括将单晶蓝宝石片粘合至一个基材，其中所述的片至少有一个维度尺寸大于15厘米。[0011]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为835m/s的7.62毫米X51M80弹丸的穿透，该铠板的面密度低于约150kg/m2。[0012]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为776m/s的7.62x39AP1-BZ射弹的穿透，该铠板的面密度低于约150kg/m2。[0013]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为768m/s的7.62x5IAP (M61)射弹的穿透，该铠板的面密度低于约150kg/m2。[0014]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为835m/s的7.62毫米X51M80弹丸的穿透，该铠板的平均厚度低于约50毫米。[0015]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为776m/s的7.62x39AP1-BZ射弹的穿透，该铠板的平均厚度低于约50毫米。[0016]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为768m/s的7.62x5IAP (M61)射弹的穿透，该铠板的平均厚度低于约50毫米。[0017]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为835m/s的7.62毫米X51M80弹丸的穿透，该铠板的光透明度至少为75%。[0018]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为776m/s的7.62x39AP1-BZ射弹的穿透，该铠板的光透明度至少为75%。[0019]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为768m/s的7.62x5IAP (M61)射弹的穿透，该铠板的光透射度至少为75%。[0020]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为858m/s的7.62x54R B32射弹的穿透，该铠板的面密度低于约150kg/m2。[0021]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为858m/s的7.62x54R B32射弹的穿透，该铠板的平均厚度低于约60毫米。[0022]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止速度为858m/s的7.62x54R B32射弹的穿透，该铠板的光透明度至少为75%。[0023]本发明的另一方面提供一种复合物透明铠板，该铠板能够阻止连续三次发射的速度为850m/s的7.62x63mm APM2射弹的穿透，该铠板的平均厚度低于约80毫米。


[0024]附图不是按比例绘制的。在附图中，各附图中图示的相同或者近乎相同的组件用同样的附图标记表示。为了清晰起见，不是在每一幅附图中都将每一个组件标出。在附图中:[0025]图1是显示一个陶瓷复合物剖视图的示意图；[0026]图2以表格形式提供试验数据；[0027]图3A和3B是本发明的特定实施方式在射弹测试后的照片的复印件；和[0028]图4A和4B是本发明的特定实施方式在射弹测试后的照片的复印件。
具体实施方式
本发明在应用方面不局限于在下文中描述或者在附图中举例说明的结构细节和组件排列。本发明能够有其它实施方式，而且能够以多种方式加以实践或者实施。此外，在这里所用的措辞和术语目的在于描述，所以不应当被认为是限制性的。使用的“包括”、“包含”、或者“具有”、“含有”、“涉及”及其变形在这里都意味着拥有列于其后的诸项目及其等同物以及其它项目。[0030]本发明的一个方面涉及一种在允许光透射的同时可用于提供对高速射弹的保护的透明陶瓷复合物。该复合物可提供一种可被用于例如飞机、宇宙飞船、潜水器、民用或者军用陆上车辆的防护窗。与其它材料相比，该复合物的提供高强重量比，而且视野得到改善。该复合物的陶瓷组件可以是例如一种非多晶陶瓷材料，比如单晶蓝宝石(Al2O3)15该复合物的其它组件可包括例如玻璃和/或聚合物材料。[0031]在本发明中，“粘合剂”是一种能够将两个固体接合在一起以便它们在按目标用途使用时不会分离的材料。粘合剂可以是临时性的或者是持久性的。[0032]“面密度”是材料的每单位表面积上的质量。[0033]“复合物”是通过将两种或多种独立的材料粘合在一起得到的制品。所述材料的组成可以是相同的或者不同的。[0034]“易碎的”材料是一种设计成在受到有充足动量的射弹冲击时即裂成碎片的材料。非易碎的材料设计成在冲击之后仍保持它的结构。[0035]“单晶蓝宝石”是指a-Al2O3，又名金刚砂，主要是单晶。[0036]“尖晶石”按本技术领域：
中熟知形式使用，是指一种具有尖晶石晶体结构的陶瓷材料，比如MgAl2O40[0037]“半透明的”材料为本领域技术人员所知，这种材料允许光透过，但是在通过这种材料观察时不能提供清晰的目标影像。[0038]“透明的”材料为本领域技术人员所知，这种允许光透过，而且在通过这种材料观察时可提供清晰可辨的目标影像。“可见光透明的”材料是在可见光范围内透明的。“IR透明的”材料是在红外光范围内透明的，而“UV透明的”材料是在紫外线范围内透明的。[0039]“V50”是指铠板的等级，描述的是:给定铠板被射弹穿透50%时的特定射弹的速度。射弹射入铠板的角度基本上垂直于射入点处的铠板平面。如此，一个对于口径.30装甲弹(AP)，V50为2770英尺/秒(844米/秒)的铠板，就是铠板在该速度上被击中时有近50%被穿透。[0040]在一个方面，本发 明的陶瓷复合物可是用作铠板。复合物较佳地是透明的，可以经得起射弹比如子弹或者空中碎片的冲击。该复合物可防护车辆乘员在车辆受到攻击时可能会身处的轻武器火力、榴弹、爆炸物及其他射弹的伤害。该复合材料可提供一个清晰的视野，使乘员可通过该铠板查看环境状况。复合物可以是平的(平面的)或者在一处或多处位置呈弯曲状。陶瓷复合物的材料、厚度、尺寸和重量可根据预期的用途而变化。对于要求不高的应用，可以使用较轻、较薄的复合物，可使用较厚较重的复合物来防护较强烈的射弹和多次打击。在部分实施方式中，透明铠板可以在来例如口径.30的装甲弹等自轻武器火力的一次或多次打击后仍完整无损保持功能。可以设计透明铠板来防护许多不同的枪炮，包括等于或者大于以下口径的弹丸:.22、.223、.30、.50(英寸)、5.56毫米、5.45毫米、6.8毫米和7.62毫米。[0041]在部分实施方式中，该透明陶瓷复合物可以是一个由两个、三个或更多的结构组件形成的层压材料。例如，该复合物可包括一个粘合在一个粘合于聚合物片上的玻璃片上的陶瓷片。或者，该复合物可以是一个粘合在聚合物片上的陶瓷片，而其中的聚合物片又粘合至第二种聚合物片上。陶瓷片可以是非多晶型的，而且可以是单晶陶瓷，比如单晶蓝宝石。所得三明治型复合物，比如在图1中所示，可用作透明铠板。图1提供了一种复合物的一部分的剖视图。复合物100包括一个外层，比如一个透明陶瓷片，例如，单晶蓝宝石片110。片110可以直接粘合至一个中间层，比如玻璃片130，也可包括一个或多个居间的其它蓝宝石片，比如片120。如果使用两个或多个蓝宝石片，它们通常有同样或者相似的表面面积，虽然厚度可能是一样的或者不相同的。玻璃片130与粘合于蓝宝石片的表面相对的那个表面又粘合至一内片，例如，一个聚合物片，比如聚碳酸酯片140。也可以使用多个玻璃片和/或聚合物片。复合物的每一组件可粘合至相邻的组件。粘着或者粘合可以利用各种机械的或者化学的方法实现，包括例如热固化胶粘剂、辐射固化胶粘剂、时效固化胶粘齐U、化学固化胶粘剂和/或催化剂固化胶粘剂。粘结层112、114和116可以是等同的、相似的或者不同的材料。聚碳酸酯层140可以涂覆(在暴露表面上)有一附加涂层118，它可以提供例如耐刮擦和/或抗结雾性。[0042]所得陶瓷复合物可包括一系列的层，比如陶瓷/粘合剂/玻璃/粘合剂/聚合物。每一类型的层可以有多个。例如，一个更具体的复合物可包括(一个或多个)蓝宝石片/聚乙烯醇缩丁醛粘合剂/低铁玻璃/热塑塑料聚氨酯(TPU)粘合剂/聚碳酸酯。每一层的厚度可以变化，而粘结层通常是黏结各片所要求的最小厚度。陶瓷片的厚度可以是例如从0.05至2或者3厘米。中间玻璃层的厚度可以是例如从0.1至10或者15厘米。聚碳酸酯内层的厚度可以是例如从0.1至5厘米。TPU片可以是一个粘合剂片，将聚碳酸酯层粘合至另一层，例如，玻璃。在其它实施方式中，粘合剂例如TPU和聚碳酸酯层可以用单一材料替代，比如FAENAC 膜(FAE)，该膜可从法国的圣戈本萨利(Saint-Gobain Sully)购得。FAE可直接层压至玻璃或者其它的表面上，可以使用约I毫米厚的FAE取代4.5毫米厚的TPU/PC层。通常，聚碳酸酯或者FAE层朝向安装了复合物的车辆的内部。[0043]在复合物中可以使用一片或多片玻璃。部分实施方式可包括2片、3片、4片或更多片玻璃片。安装玻璃片可提供，例如，最佳保护和/或最佳清晰度。在某些情况下，玻璃片可彼此相邻，可通过粘合剂彼此结合或者可结合于复合物的其它组件。[0044]当使用了玻璃片时，不同的实施方式可使用不同类型的玻璃。例如，各种类型的玻璃可提供不同的强度或者光学特性。可以使用的玻璃类型包括低铁玻璃、硼硅玻璃、“水白”玻璃("water white" glass)、“特白”玻璃("extra white" glass)、金刚石玻璃(水白低铁)和RC金刚石玻璃(化学强化)。[0045]陶瓷复合物可以是各种形状，可以是，例如，正方形的、圆形的、长方形的、梯形的、或者多边形的。为了提供扩展视野，长方形的形状可能是首选的。陶瓷复合物通常有长度、宽度、和厚度，虽然每一个维度在复合物的各个地方会有所变化。复合物可以是基本上的平坦的，其厚度可以小于长度或者宽度的或者10%。在本发明中，长度是指可以完全覆盖所测量的复合物或者片的(面积)最小的假想矩形的长度。例如，一个矩形的长度是它的常规长度；一个圆片的长度是它的直径；而一个六角形的长度是两个最远的顶点之间的量度。宽度是指同一假想矩形的宽度。厚度是指通过一个片或者复合物从一个表面测量到相对的另一 个表面的维度。例如，一个30厘米x45厘米x3厘米的陶瓷复合物的厚度是3厘米，长度是45厘米，宽度是30厘米。[0046]复合物的重要组件是那个或那些陶瓷片。复合物的表面可以是用单一的连续陶瓷片而不是马赛克或者边与边结合的几组片覆盖。较大的片也可以黏结在一起形成马赛克。对于同样大小的马赛克，较大的片可以减少胶结线，而胶结线较少则可减少片和/或复合物中的薄弱点。多个片可一个叠在另一个上面。陶瓷片可设计得易碎或者不易碎，其弹性模数可大于玻璃或者聚碳酸酯。陶瓷可具有高“硬度”。硬度包括塑性变形阻力、穿透阻力、压入抗力和刮擦抗力。某些陶瓷，例如单晶蓝宝石的硬度可以提供改善的抗划伤性，这可能在不利条件下是有用的，比如在包括风沙在内的环境中。在部分实施方式中，材料的维氏硬度可大于1000、大于1500、大于1800、或者大于1900kg/毫米2。陶瓷还可有高“强韧性”。强韧性是使一个立方英寸的材料变形直到它断裂所需要的功的数量。陶瓷可以是多晶或者单晶陶瓷。在部分情况下，陶瓷片可以是一个烧结的陶瓷片，虽然单晶陶瓷常常是首选的，因为例如它的光学性能优异和/或弹性较好。适当的陶瓷材料的非穷举例子包括多晶A1203、单晶A1203(蓝宝石)、氧氮化铝和尖晶石。在部分实施方式中，陶瓷片可能基本上不含镁。陶瓷可表现出非随机晶体取方，可具有各向异性六方晶结构。[0047]陶瓷片可用晶块来生产。然而，用晶块的横截面生产的陶瓷片可能受到限制，因为晶块通常是圆柱形的，因而有一个圆形的横截面。因此，从晶块切割下来的片一般其宽度局限于晶块的直径。切正方形的片浪费最少，长方形的片成本就高了，而且切割的次数也多，相应地产生浪费，才能生产出长度大于宽度的片。虽然可以从晶块上切出不同的形状，但是用一块蓝宝石来切割片可能是价高费时的。[0048]多个陶瓷材料片可并排粘贴在一个公共衬底基片上形成马赛克复合物。一个个的片可以彼此边缘相抵或者可以用钢制或者其它材料的框架连接。这种设计在有些情况下可能不是首选的，例如，由于框架的频繁遮断而使视野受到削弱。[0049]在部分实施方式中，通过利用单片较大表面积的陶瓷片会因例如可以更有效地冲击力分散作用而改善铠板的性能，并且提供改善的视野。较大面积的片，例如，长度大于30、40,50,60或者70厘米的片可利用“边缘限定膜进料生长”法制作。此类生产方式的描述参见共有的美国专利申请10/820468，其发明人是Locher等人，发明名称“单晶及其制备方法(Single Crystals Single Crystals and Methods for Fabricating Same)，，，申请日 2004年4月8日，该专利申请通过引用结合于此。这些方法可用于生产单晶蓝宝石片供复合物之用，并且可以有大于 15厘米、大于20厘米或者大于25厘米的维度。这种片的长度可以明显大于宽度。例如，宽度可以小于或者等于长度的90^^80^^70%或者60%。片的厚度可以基本上是均匀的，可以是大于或等于0.05厘米、0.07厘米、0.1厘米、0.2厘米、0.3厘米、0.4厘米、0.5厘米、0.7厘米或者I厘米。类似地，片的厚度可以小于0.05厘米、0.07厘米、0.1厘米、0.2厘米、0.3厘米、0.4厘米、0.5厘米、0.7厘米、I厘米、2厘米或者3厘米。在部分实施方式，蓝宝石片的形状是基本上长方形的、正方形的、圆形的、多边形的等等，可提供理想的适用于透明铠板的形状。在部分实施方式中，片可透过大于25%、50%、70%、80%、或者90%的可见光、红外线和/或紫外线。还可以实现下至约200nm、上至约2至3 μ m的波长的大量透射。这种片通常有一个高弹性模量，可以经得起一个至少等于约200倍的击碎同等玻璃片的力。这种片可以是在空气中非易燃的，并表现出优异的传热性能.[0050]表面积较大的陶瓷片可提供改善的视野，并且还可使冲击力分散作用更光，特别是在经受反次打击时得到更大的保护。得到的结果可以是一个非易碎的陶瓷复合物，能够在经受多次打击时提供保护作用。虽然有的透明铠板的设计是在受到冲击时破碎，但常常首选的是铠板和/或铠板的陶瓷部分在受到冲击后保持完好。[0051]可以使用各种尺寸的陶瓷复合物，往往取决于目标应用。例如，本申请的连续不断的(非马赛克)陶瓷片的表面积可大于100平方厘米、大于200平方厘米、大于250平方厘米、大于300平方厘米、大于400平方厘米、大于500平方厘米或者大于1000平方厘米。利用该陶瓷片制造的连续不断的复合物可具有高表面积，该表面积除以复合物厚度(平方厘米/厘米)可以例如大于10厘米、 大于25厘米、大于50厘米、大于100厘米、大于250厘米、大于500或者大于1000厘米。[0052]陶瓷复合物的面密度也可根据预期应用而变化。较厚的偏或者附加的外片、内片在或者中间片可被用来增强复合物的强度并可导致复合物面密度的增加。陶瓷复合物的面密度可小于或者等于200kg/m2、小于或等于100kg/m2、小于或等于80kg/m2、小于或等于70kg/m2、小于或等于58.7kg/m2、小于或等于52.8kg/m2、小于或等于45kg/m2、小于或等于40kg/m2、小于或等于30kg/m2、或者小于或等于约17.5kg/m2。[0053]合成物可部分地根据最终复合物的预期用途具有不同的厚度。例如，与用于阻止低动量射弹的穿透的复合物相比，用于阻止高动量射弹的穿透的复合物厚度要大些。例如，不同的实施方式的厚度可大于200毫米、小于或等于200毫米、小于150毫米、小于120毫米、小于100毫米、小于80毫米、小于70毫米、小于60毫米、小于50毫米、小于40毫米、小于30毫米或者小于25毫米。[0054]陶瓷片和/或陶瓷复合物可以是平坦的或者可包括至少一个放射状部分。在许多实施方式该陶瓷的帆脚索是真实的平坦的。一个真实的平坦的帆脚索可能是形成，例如，由边缘定义膜付费增加技术和可导致一个适当的帆脚索无任何的加添的机械加工的或者二次加工。一个基本上平坦的片可以例如用边缘限定膜进料生长技术来制成，并可产生一个适当的片而无需任何其它的机械加工或者二次加工。为了生产一个并非基本上平坦的弯曲片，这种片可以用曲面或者放射状部分，比如管子的一部分，来生长。平坦的或者非平坦的片可用来生产透明陶瓷复合物，比如可能用作例如飞机、宇宙飞船和卡车及装甲运兵车之类的车辆的挡风玻璃的透明铠板。[0055]一个陶瓷片，比如一个蓝宝石片，可以有堆叠在一起的多个片形成，例如，一个片可以粘合至第二个或者第三个片生产一个厚度较大的蓝宝石组件。每一片的尺寸可以是等同的或者相似的，可以利用已知粘合方法粘合至另一个片或另两个片，比如利用胶粘剂或者诸如夹具之类的机械装置。适当的胶粘剂较佳地是透明的，有许多已为本领域技术人员所知。胶粘剂可以热固化型、辐射固化型、时效固化型、化学固化型和催化剂固化型，包括例如聚胺酯、热塑性聚胺酯、环氧树脂类、硅树脂、聚乙烯醇缩丁醛、和金属基胶粘剂。[0056]除陶瓷层之外，一个陶瓷复合物可包括一个支撑材料，并且还和包括一个中间层。支撑层(即内层)有助于提供例如支撑和冲击力分散作用，且可以有助于滞留如若不然即会穿透该复合物的那些碎片和射弹。支撑材料可以任何厚度或者形状，可以比陶瓷片厚或者薄。支撑材料可以是透明的，较佳地是与其同时使用的陶瓷片在同样的波长上透明的。例如，一个在可见光谱区透明的蓝宝石片可以粘合至一个在可见光谱区透明的聚碳酸酯片。如果复合物将用作红外线观察窗，则支撑材料可以是对红外线透明的。相似的，它还可以是对紫外辐射透明的。在部分实施方式中，内层可以是一个聚合物比如聚碳酸酯。内层可以在内(外露)表面上包括一个涂层，比如一个耐刮擦涂层或者抗雾涂层。许多此类涂层为本领域技术人员所知。多个支撑材料片可以彼此堆叠，并且可以利用胶粘剂彼此粘合，比如聚胺酯、热塑性聚胺酯、环氧树脂、硅树脂和金属基胶粘剂。诸如电导丝之类的材料也可置于层上或者层间，以提供例如电阻加热，用于除冰或者去雾。适当的支撑材料包括透明热塑性塑料或者热固型组合物，比如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(BS)、缩醛树脂、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、丙烯酸树脂和改性丙烯酸树脂、烯丙基树脂、三乙酸纤维素、氯化聚醚、乙基纤维素、硬质和软质环氧树脂、氟塑料、离子聚合物-“Surlyn A”(DuPont出品)、三聚氰胺、尼龙、聚对亚苯基二甲基聚合物、透明酚醛塑料(热固性)、苯氧基树脂、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚亚苯基、聚丙烯、聚苯乙烯、聚胺酯(热塑性和热固性和高密度)、聚砜、聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯醇、聚氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、PVB/聚酯薄膜层积材、聚偏氯乙烯、硅树脂、苯乙烯-丙烯腈和苯乙烯-丁二烯共聚物。[0057]也可以使用中间材料或者中间层，提供例如支撑以及力分布作用。中间层既可粘合至陶瓷层也可粘合至支撑层。在部分实施方式中，中间层的厚度或者质量大于陶瓷层或者支撑层。其结果是，中间材料对复合物质量的贡献率大于40 %、大于50 %、大于60 %、大于70%、大于80%、或者大于90%。在一组实施方式中，中间层是玻璃，在部分实施方式中可以使用低铁玻璃。中间层可以在与复合物的外层(陶瓷)和内层一样的波长范围内透明。例如，如果外层和内层在可见光谱区透明，则中间层也可在可见光谱区透明。诸材料不必在整个扩展波长范围内都有共同的透射系数，但是透射特征最好交叠生产一个小范围，使得整个复合物有令人满意的透射。例如，可以对陶瓷层、内层和中间层加以选择使整个可见光谱区透射。中间层材料的非穷举例子包括玻璃、陶瓷和聚合材料。中间层可以或通过机械方式或者通过粘合剂粘合至内层或者外层。例如，适当的胶粘剂包括聚胺酯、热塑性聚胺酯、环氧树脂、硅树脂和金属基胶粘剂。复合物的诸层可综合利用热和压力彼此结合。较佳地，片层稳固地彼此固定，光清晰度得到维持或者改善。当被用做察看应用时，比如用做透明铠板，光清晰度可能是很重要的，优选使透射值大于70%、大于75%、大于80%、或者大于85%。还会优选雾度值小于3%。[0058]为了形成复合物，各个片可以临时固定在一起，例如，用带子固定，然后置入一个真空袋中。这个真空袋可以被放入一个腔室中，比如放入一个高压釜中，并且在袋上施加(drawn on)真空。真 空度在不同应用之间有所变化，可以是例如大于100毫托、大于50毫托或者大于10毫托。在袋中处于局部真空的同时，该腔室可以被加压和/或加热。可以使用的压力包括大气压、大于大气压、大于2巴、大于4巴或者大于8巴。在部分实施方式中，压力可以在一个压力腔室中施加或者通过机械装置，例如，滚子或者压具施加。压力和热可以施加到聚合物片达到软化点，使气泡排出并聚合物(例如PVB)变得澄清和流动。[0059]例如，软化温度可以是大于70°C、大于80°C、大于90°C、大于100°C、大于120°C、大于150°C、大于160°C、大于200°C或者大于250°C。最佳温度部分地取决于所施加的压力和用于将陶瓷(蓝宝石)片、玻璃片和聚碳酸酯片结合在一起的具体材料。随着气泡排出、聚合物软化，窗体的光清晰度得到改善，复合物变得透明。观测这种变化有助于指明何时获得压力和温度的最佳组合。蓝宝石或者玻璃上面向内部的表面上的瑕疵或者参差不齐可由流动的PVB充填。在聚合或者硬化或者冷却之后，复合物的诸组件彼此之间保持可靠的固定，所有的带子或者其它的夹持件可以撤去。可以用不同的方法来测试陶瓷复合物承受冲击的能力。一种方法是，一个陶瓷复合物，比如陶瓷铠板，被稳固地支撑在一个架子上，用一个射弹进行冲击，比如用步枪弹丸。当弹丸穿过内层，例如，一个聚碳酸酯层时，则认为陶瓷铠板已被完全被穿透。为了确定具体射弹的V5tl,以零度的倾角用多个不同的速度向铠板发射射弹(projectile)。将不穿透铠板的两个最高速度和穿透铠板的两个最低速度取平均值来获得V5(l。本发明中报告的所有弹道试验结果都是用以零度倾角发射的射弹确定的，或者根据测试技术以最大合理可能接近零度，除非另有说明。[0060]在部分实施方式中，陶瓷复合物能够阻止穿透和/或实现的V5tl为至少740m/s、大于800m/S、大于843m/S、大于850m/S、大于900m/S、大于950m/S、大于1000m/s或者大于1100m/sο在各种实施方式中，可以针对以下射弹实现这种水平的防护:口径.30的AP、口径.50,7.62x51M-80 弹丸、7.62x39API_BZ、7.62x5IAP (M61)、7.62x54R B32 (Dragonov)、和7.62x5IAP-WC0为了防护这些射弹，在不同的实施方式中，复合物的面密度可以是，例如，小于 200kg/m2、小于 165kg/m2、小于 135kg/m2、小于 110kg/m2、小于 80kg/m2、小于 70kg/m2、小于58.7kg/m2、小于50kg/m2、或者小于40kg/m2。为了防护口径.50的AP,复合物的面密度可以是例如小于200kg/m2、小于150kg/m2、小于120kg/m2、小于100kg/m2、小于80kg/m2、或者小于50kg/m2。为了防止在对同一复合物有多次射弹冲击时穿透，可设计复合物有较高的表面密度。[0061]实施例[0062]制造了若干个蓝宝石复合物样品，并通过弹道试验进行评价，确定他们作为透明铠板的有效性。结果表明，本发明的陶瓷碱透明复合物可以有效地阻止包括单发和多发子弹在内的各种射弹穿透。此外，这种防护水平可以在低于常规玻璃型铠板的面密度和厚度的情况下获得。[0063]对两种不同的复合材料层压板进行了十一种不同的射弹测试。每一个层压板的长度是150毫米，宽度是150毫米。若无相反说明，这些样品的蓝宝石片是通过边缘限定膜进料生长技术形成的。[0064]各复合物制备如下。各组件层堆叠在一起，用带子固定，放入一个真空袋中。对放入了高压釜的袋施加真空，其中约8巴(116psi)的压力作用在叠层上。如此，则叠层在袋内处于真空之下，但在高压釜中受到压力。温度提升到PVB层开始流动的水平，约为125摄氏度。适当的温度可随压力变化一当流动出现时，PVB变澄清，这种澄清可以被观测员注意至IJ，可用于选择适当的温度。压力和温度被维持约150分钟。然后将压力释放，使复合层压板冷却。在冷却后，将带子撤去，诸层可靠地结合在一起了，复合物在雾度和透明度方面表现出优异的的光学性质。[0065]在前八个试验(A组)中，使用的是以下蓝宝石复合层压板(提供了各层的排列次序，但是不应当推断各层放置的具体时间顺序):[0066]复合物A在物理顺序上包括，6.35毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、8毫米玻璃片、3毫米TPU片、和3毫米聚碳酸酯片，形成一个五层复合层压板。所得复合物在表I和表2中被称作“6.35蓝 宝石/.76PVB/8毫米玻璃/3毫米TPU/3毫米PC”。面密度是52.12kg/m2。另外用以下层压板做了三个试验(B组):[0067]复合物B按物理顺序包括6.35毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白、低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、4毫米RC金刚石玻璃(化学强化玻璃)片、2.5毫米TPU片、和3毫米聚碳酸酯(PC)片，形成一个七层复合层压板。所得复合物在表I中被称作组成B。面密度是72.78kg/m2。也对组成B进行分析以确定光透射和雾度值。测定的光透射度值为从85.3至85.9%的透射率。相同样品测定的雾度值为从0.99至1.25%。这些透射度和雾度值表明:这些复合物可用于其中清晰的视野可能非常重要的透明铠板应用中。[0068]为了阻挡不同的射弹，对不同的层压板做了附加试验。复合物C、D、E和F包括以下组件:[0069]复合物C按物理次序包括:6.35毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、4毫米RC金刚石玻璃(化学强化玻璃)片、0.94 毫米 FAE。面密度是 67.46kg/m2。[0070]复合物D按物理次序包括10个组件:6.35毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、6.35毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、3毫米RC金刚石玻璃(化学强化玻璃)片、0.94毫米FAE。面密度是159.21kg/m2。[0071]复合物E按物理次序包括10个组件:7.62毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、7.62毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、3毫米RC金刚石玻璃(化学强化玻璃)片、0.94毫米FAE。面密度是169.llkg/m2。[0072]复合物F按物理次序包括以下组件:7.62毫米蓝宝石片、0.76毫米PVB片、12毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、10毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB·片、4毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、0.76毫米PVB片、3毫米“金刚石玻璃”(水白，低铁玻璃)片、1.25毫米TPU片、0.94毫米FAE。面密度是107.97kg/m2。[0073]试验步骤[0074]每个蓝宝石复合物样品的形式都是150x150毫米件，用单发发射(除多发发射的样品19外)进行弹道学试验。复合物的物理性质和弹道学结果示于表I。在“穿透”栏中结果为“是”时，意味着至少是形成的碎片通过了最后的聚碳酸酯层(最后的聚碳酸酯层被穿透)。结果为“否”时，意味着也许蓝宝石面和玻璃有局部的穿透，但是，射弹没有穿透该复合物，而且碎片被遏制在了聚碳酸酯层(最后的聚碳酸酯层没穿透)。[0075]弹道试验是在受控条件下在合格的弹道试验靶场内完成的。所有子弹都是在对复合物表面成零度倾斜角的情况下发射的。对于样品1-8，射弹是在10米的距离发射的，用光学速度检测器在靶前2.5米处测定射弹速度。对于样品9-18，射弹是在50米的距离发射的，用光学速度检测器在靶前6.5米处测定射弹速度。对于样品19，射弹是在3.2米的距离发射，用光筛选器(light screen box)在IE前1.1米处测定射弹速度。[0076]测试的第一批样品(样品#1到8，参见表1(图2))厚度为21.1毫米，面密度为52.12kg/m2。这种复合物结构阻挡了速度为835m/s的7.62x51M80弹丸(样品号#1)。在图3A和4A中可以看到该透明铠板的变形。利用相同的结构(样品号#2-4)，然后用7.62x39毫米AP1-BZ进行测试。该系统同样阻挡了三个不同速度的射弹，最高达776m/s。图3B和4B中可看到776m/s射弹的变形。[0077]对7.62x51毫米AP M61 (硬钢核心)弹丸的测试是在21.1毫米的厚度(样品号#5-8，表1(图2)上完成的。以768m/s的速度发射时，这种弹丸(局部穿透)也被阻挡了。[0078]下一个进行弹道试验的复合物是大厚度的(复合物B，样品号#9-11，见表I)，为29.4毫米厚，面密度为72.78kg/m2。这个复合物阻挡了(局部穿透)速度为858m/s的7.62x54R B32API弹丸(Dragonov)。据信单用玻璃的方案要阻挡这样的弹丸，其厚度需达50毫米以上，面密度要大于115kg/m2。[0079]测试样品号码12是在复合物C上完成的，其厚度为24.87毫米，面密度为67.46kg/m2。该复合物成功的阻挡了速度为864m/s的7.62x54RB32弹丸。[0080]测试样品13-14是在复合物D上完成的，其厚度为约43.7毫米，面密度为159.21kg/m2。该复合物成功地阻挡了速度为917m/s的7.62x51AP-ffC射弹。[0081]测试样品15-18是在复合物E上完成的，其厚度为约46.3毫米，面密度为169.lkg/m2。该复合物成功地阻挡了速度为918m/s的7.62x5IAP-WC射弹。[0082]测试样品19是在复合物F上完成的，其厚度为约41.85毫米，面密度为107.97kg/m2。不同于其它试验，该复合物测得为300毫米x300毫米。依次在面板中心附近彼此成120度、相距150毫米处发射三发子弹(多发试验)。该复合物成功地阻挡了以850m/s冲击的三个连续的7.62x63毫米APM2弹丸。[0083]光学试验[0084]以上所测试的蓝宝石基复合物展示的光透明度优于那些能够提供相同防护级别的玻璃基复合物。光透射和雾度利用ASTM D1003-00技术测量，是测定透明塑料雾度和光透射比的标准试验方法。测量中使用浊度计。厚度为29.4的蓝宝石透明铠板体系(复合物B)表现出的透射率大于85%，雾度为约I %。通过添加其它玻璃层将体系的厚度提高到41.1毫米，使透射率下降至约84%，雾度没有可察觉的变化。为了对比，与29.4的蓝宝石透明铠板体系具有相似的弹道防护的代表性玻璃铠板所表现的光透明度为73%，雾度为约0.6%。[0085]如此描述了本发明至少一个实施方式的若干方面，应当明白，各种各样的变更、更改、和改善对本领域技术人员而言是容易想到的。此类变更、更改、和改善是本发明的一部分，应当在本发明的精神和范围之内。因此，以上描述和附图只是示例而已。[0086]所有引用的文献，在本发明中引用或参照的专利、专利申请和出版物，就通过引用全文结合于此。`
权利要求
1.一种复合物透明铠板，其能够阻止速度为858m/s的7. 62x54R B32射弹穿透，所述铠板的面密度低于150kg/m2。
2.如权利要求
I所述的铠板，其面密度低于100kg/m2。
3.如权利要求
I所述的铠板，其面密度低于75kg/m2。
4.如权利要求
I所述的铠板，其包括玻璃片，其中所述玻璃片包括选自下组的材料硼硅玻璃、金刚石玻璃、水白玻璃、低铁玻璃、特白玻璃、和化学增强玻璃。
5.一种复合物透明铠板，其能够阻止速度为858m/s的7. 62x54R B32射弹穿透，所述铠板的平均厚度低于60毫米。
6.如权利要求
5所述的铠板，其中所述铠板的平均厚度小于40毫米。
7.如权利要求
5所述的铠板，其中所述铠板的平均厚度小于30毫米。
8.如权利要求
5所述的铠板，其包括玻璃片，其中所述玻璃片包括选自下组的材料硼硅玻璃、金刚石玻璃、水白玻璃、低铁玻璃、特白玻璃、和化学增强玻璃。
9.一种复合物透明铠板，其能够阻止速度为858m/s的7. 62x54的R B32射弹穿透，所述铠板具有至少75%的光透明度。
10.如权利要求
9所述的铠板，其中所述铠板具有至少80%的光透明度。
11.如权利要求
9所述的铠板，其包括玻璃片，其中所述玻璃片包括选自下组的材料硼硅玻璃、金刚石玻璃、水白玻璃、低铁玻璃、特白玻璃、和化学增强玻璃。
12.如权利要求
I至11中任一权利要求
所述的铠板，其包括单晶蓝宝石。
专利摘要
本发明关于一种复合物透明铠板。具体而言，本发明提供了一种陶瓷复合物及其制造方法。该陶瓷复合物可以是透明的，并且可充当透明铠板。该复合物的陶瓷部分可以是单晶蓝宝石。该复合物可相对于射弹的攻击提供充分保护，同时具有大表面积和较低的面密度。
文档编号B32B17/10GKCN103256861SQ201310130007
公开日2013年8月21日 申请日期2006年6月9日
发明者C·D·琼斯, J·B·里乌, J·W·洛切, E·S·卡尔森, K·R·法雷尔, B·C·弗奇纳, V·普鲁恩, M·曼德拉茨 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan