一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法技术

一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法，本发明专利技术涉及包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法。本发明专利技术是要解决传统陶瓷复合装甲结构抗多发弹性能差以及传统包含密排陶瓷单元结构在陶瓷间隙位置抗弹性能差的问题。它为互锁结构，由若干个山字形陶瓷单元和铝合金间隙层组成，陶瓷相的总体积分数大于90％；方法：一、密排于模具得到预制体；二、预制体预热；三、熔融铝液；四、采用压力浸渗将铝液压入预制体间隙，保压，脱模获得包含互锁结构的抗弹铝基复合材料。本发明专利技术的陶瓷单元之间通过铝合金层连接并受到约束。材料整体致密度高，铝基体与陶瓷块体界面结合强度好，具有优异的抗侵彻和抗多发弹性能。

【技术实现步骤摘要】
一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法。
技术介绍
陶瓷复合装甲结构是目前主流的被动防护装甲结构。陶瓷具有超高的硬度，可以有效的磨蚀并破碎弹体。陶瓷复合装甲结构是陶瓷板和高强纤维、金属或橡胶等材料复合形成的一类装甲类型。该装甲结构是目前装甲车辆的主流装甲结构，大幅提升了装甲车辆的防护能力。但陶瓷本身存在较强的脆性，因此难以具备抗多发弹成为了其明显的缺陷。为了降低陶瓷损伤，提高陶瓷复合装甲结构的抗多发弹性能，利用密排的陶瓷单元代替整块的陶瓷板是目前主要的手段之一。这种分离式的陶瓷单元会使得损伤局域化，从而降低靶板损伤。但陶瓷单元的拼接或接触区域成为了薄弱点，当弹体的着弹点位于两个或三个陶瓷单元的拼接或接触区域时，陶瓷复合装甲结构难以起到有效防护。
技术实现思路
本专利技术是要解决传统陶瓷复合装甲结构抗多发弹性能差以及传统包含密排陶瓷单元结构在陶瓷间隙位置抗弹性能差的问题。而提供一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料及其制备方法。一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料为互锁结构，所述互锁结构由若干个山字形陶瓷单元和铝合金间隙层组成；若干个山字形陶瓷单元相对错位设置，对口处相互匹配；所述山字形陶瓷单元相互贴合处浸渗铝合金间隙层；所述山字形陶瓷单元为平底山字形陶瓷单元或弧底山字形陶瓷单元；所述铝合金间隙层的厚度为10～2000μm，所述包含互锁结构的抗弹铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数大于90％。上述一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：一、将山字形陶瓷单元采用酒精超声清洗，吹干；将山字形陶瓷单元相对错位设置，对口处相互匹配为互锁结构层，均匀密排在钢模具中，得到含有互锁结构层的预制体；二、将含有互锁陶瓷块的预制体在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；三、将含铝材料在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到含铝熔液；所述含铝材料为铝或铝合金；四、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体中互锁陶瓷块的间隙中，在互锁陶瓷块的间隙中形成一层厚度10～2000μm的铝合金间隙层；在压力为30～250MPa的条件下保压5～30min后直接脱模，然后放入炉中退火处理，得到包含互锁结构的抗弹铝基复合材料。本专利技术的有益效果：本专利技术陶瓷单元之间具有互锁结构，该结构可以使得相邻陶瓷单元协同发挥作用；互锁结构大大降低了靶板不同位置抗弹性能差异过大的问题，保持了靶板整体抗弹性能的一致性；分离陶瓷单元结构使材料在具备优异抗侵彻能力的同时，使得损伤局域化，降低了整体结构的损伤；10～2000μm厚的铝合金间隙层与陶瓷单元紧密结合，韧性的铝合金间隙层可以有效抑制裂纹传播，进一步降低靶板损伤。附图说明图1是平底山字形陶瓷单元的结构示意图；图2是由平底山字形陶瓷单元组成的互锁结构的示意图；图3是弧底山字形陶瓷单元的结构示意图；图4是由弧底山字形陶瓷单元组成的互锁结构的示意图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料为互锁结构，所述互锁结构由若干个山字形陶瓷单元和铝合金间隙层组成；若干个山字形陶瓷单元相对错位设置，对口处相互匹配；所述山字形陶瓷单元相互贴合处浸渗铝合金间隙层；所述山字形陶瓷单元为平底山字形陶瓷单元或弧底山字形陶瓷单元；所述铝合金间隙层的厚度为10～2000μm，所述包含互锁结构的抗弹铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数大于90％。本实施方式中山字形陶瓷单元可以作为增强体，通过ZL201710947667.6、ZL201910893874.7和ZL201910893070.7中所述的方法制备相应的抗弹铝基复合材料。本实施方式中陶瓷单元之间具有互锁结构，该结构可以使得相邻陶瓷单元协同发挥作用；互锁结构大大降低了靶板不同位置抗弹性能差异过大的问题，保持了靶板整体抗弹性能的一致性；分离陶瓷单元结构使材料在具备优异抗侵彻能力的同时，使得损伤局域化，降低了整体结构的损伤；10～2000μm厚的铝合金间隙层与陶瓷单元紧密结合，韧性的铝合金间隙层可以有效抑制裂纹传播，进一步降低靶板损伤。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述山字形陶瓷单元的材质为B4C陶瓷、SiC陶瓷、TiB2陶瓷或Al2O3陶瓷；所述山字形陶瓷单元通过热压、无压或反应烧结制备。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述铝合金间隙层的厚度为100μm。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述铝合金间隙层的厚度为1000μm。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述平底山字形陶瓷单元由平底基座、长支和两个短支组成；所述长支和两个短支设置在平底基座上，所述两个短支对称设置在长支两侧；所述平底基座的宽度为b1，长度为L，厚度为h3；短支的厚度为b2，长支的厚度为b4，长支与短支的间距为b3；长支上沿与平底基座的间距为h1，短支上沿至平底基座底面的距离为h2。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述弧底山字形陶瓷单元由弧底基座、长支和两个短支组成；所述长支和两个短支设置在弧底基座上，所述两个短支对称设置在长支两侧；所述弧底基座的宽度为b1，长度为L，弦高为h3；短支的厚度为b2，长支的厚度为b4，长支与短支的间距为b3；长支上沿与平底基座的间距为h1，短支上沿至弧底基座的弦位置的距离为h2。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：平底山字形陶瓷单元中b1/L的范围在0.1～5之间，h1/L的范围在0.2～5之间，h2/h1的范围在0.2～0.8之间，b4/b1的范围在0.16～0.67之间，b2/b1的范围在0.08～0.25之间；b2/b3的范围在0.8～1之间，L的尺寸在5～500mm范围。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：平底山字形陶瓷单元中L＝20mm，b1＝30mm，h1＝30mm，h2＝18mm，b4＝9.8mm，b2＝5mm；b3＝5.1mm。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：弧底山字形陶瓷单元中b1/L的范围在0.1～5之间，h1/L的范围在0.2～5之间，h2/h1的范围在0.2～0.8之间，b4/b1的范围在0.16～0.67之间，b2/b1的范围在0.08～0.25之间，b2/b3的范围在0.8～1之间，h3/h1的范围在0.1～2之间，L的尺寸在5～500mm范围。其它与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：：本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料，其特征在于包含互锁结构的抗弹铝基复合材料为互锁结构，所述互锁结构由若干个山字形陶瓷单元和铝合金间隙层组成；若干个山字形陶瓷单元相对错位设置，对口处相互匹配；所述山字形陶瓷单元相互贴合处浸渗铝合金间隙层；所述山字形陶瓷单元为平底山字形陶瓷单元或弧底山字形陶瓷单元；所述铝合金间隙层的厚度为10～2000μm，所述包含互锁结构的抗弹铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数大于90％。/n

【技术特征摘要】
1.一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料，其特征在于包含互锁结构的抗弹铝基复合材料为互锁结构，所述互锁结构由若干个山字形陶瓷单元和铝合金间隙层组成；若干个山字形陶瓷单元相对错位设置，对口处相互匹配；所述山字形陶瓷单元相互贴合处浸渗铝合金间隙层；所述山字形陶瓷单元为平底山字形陶瓷单元或弧底山字形陶瓷单元；所述铝合金间隙层的厚度为10～2000μm，所述包含互锁结构的抗弹铝基复合材料中陶瓷相的总体积分数大于90％。


2.根据权利要求1所述的一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料，其特征在于所述山字形陶瓷单元的材质为B4C陶瓷、SiC陶瓷、TiB2陶瓷或Al2O3陶瓷；所述山字形陶瓷单元通过热压、无压或反应烧结制备。


3.根据权利要求1所述的一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料，其特征在于所述平底山字形陶瓷单元由平底基座、长支和两个短支组成；所述长支和两个短支设置在平底基座上，所述两个短支对称设置在长支两侧；所述平底基座的宽度为b1，长度为L，厚度为h3；短支的厚度为b2，长支的厚度为b4，长支与短支的间距为b3；长支上沿与平底基座的间距为h1，短支上沿至平底基座底面的距离为h2。


4.根据权利要求1所述的一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料，其特征在于所述弧底山字形陶瓷单元由弧底基座、长支和两个短支组成；所述长支和两个短支设置在弧底基座上，所述两个短支对称设置在长支两侧；所述弧底基座的宽度为b1，长度为L，弦高为h3；短支的厚度为b2，长支的厚度为b4，长支与短支的间距为b3；长支上沿与平底基座的间距为h1，短支上沿至弧底基座的弦位置的距离为h2。


5.根据权利要求3所述的一种包含互锁结构的抗弹铝基复合材料，其特征在于平底山字形陶瓷单元中b1/L的范围在0.1～5之间，h1/L的范围在0.2～5之间，h2/h1的范围在0.2～0.8之间，b4/b1的范围在0.16～0.67之间，b2/b1的范围在0.08～0.25之间；b2/b...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁振龙，姜龙涛，杜善琦，张润伟，薛威，陈国钦，张强，修子扬，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23