一种多层级复合防护结构及其制备方法技术

本申请提供了一种多层级复合防护结构及其制备方法，多层级复合防护结构包括：壳体、离散高韧层、防弹层、隔板、阻尼层和吸能层；壳体为一端开口的容置结构，内部依次设有离散高韧层、隔板和防弹层；离散高韧层包括若干预设形状的块体；阻尼层设置在防弹层表面；吸能层设置在阻尼层表面；吸能层包括开孔或闭孔的多孔结构。本申请可以形成高度的层级非均匀性复合结构，实现冲击弹体的高效偏转；离散高韧层减少了裂纹在离散高韧层内与防弹层内的扩展，使得弹体冲击时只在接触区域发生局部破坏；对离散高韧层内的块体进行更换还可以实现结构的重复利用；吸能层可根据防护需求调整多孔结构构型，实现轻质高效吸能，减少背部反作用力及透射能量。透射能量。透射能量。

【技术实现步骤摘要】
一种多层级复合防护结构及其制备方法


[0001]本申请涉及冲击防护领域，特别是一种多层级复合防护结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]防护材料有多种分类方法，按照原材料的种类分，已有的防护材料主要有金属板防护材料、陶瓷板防护材料和组合防护材料等。
[0003]金属板防护材料强度高、韧性好，当遇到高速冲击侵彻时，金属板防护材料具有较高塑性变形能力且形变均匀，但是，金属防护材料质量大、易锈蚀、制造及处理工艺复杂、难于制作异型结构件，且在减轻负重与增强防护性能两者之间很难取得平衡；陶瓷板防护材料具有极高的强硬度、弹性模量和相对金属较低的密度，化学稳定性良好，耐高温、耐冲蚀和耐磨损，然而，由于陶瓷板材断裂韧性低、常温下热膨胀系数小、对加工工艺要求较高和抗多发弹打击能力差等缺点，均质陶瓷材料还不能单独用于防弹装甲的制造，常用的方法是将陶瓷材料与金属材料组合使用来改善其韧性、提高材料的防弹性能。
[0004]但是，现有的组合防护材料的单次防弹能力和抗多发弹打击能力一般，无法应对高强度的弹体冲击，并且生产成本较高，维护较为困难，难以重复使用。

技术实现思路

[0005]鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种多层级复合防护结构及其制备方法，包括：
[0006]一种多层级复合防护结构，应用于冲击防护领域，包括：壳体、离散高韧层、防弹层、隔板、阻尼层和吸能层；所述壳体为一端开口的容置结构；所述壳体内部由封闭端至开口端依次设有所述离散高韧层、所述隔板和所述防弹层；所述离散高韧层包括若干预设形状的块体；所述阻尼层设置在所述防弹层表面；所述吸能层设置在所述阻尼层表面；所述吸能层包括开孔或闭孔的多孔结构。
[0007]优选地，所述块体的形状包括球体、圆柱体、圆锥体、四棱柱、四棱锥、六棱柱或六棱锥中的一种或几种的组合。
[0008]优选地，当所述块体的形状为球体时，所述块体的直径为10
‑
60mm；
[0009]当所述块体的形状为圆柱体或圆锥体时，所述块体的底面直径为10
‑
60mm，高为20
‑
50mm或100
‑
500mm；
[0010]当所述块体的形状为正四棱柱或正四棱锥时，所述块体的底面边长为10
‑
60mm，高为20
‑
50mm或100
‑
500mm；
[0011]当所述块体的形状为正六棱柱或正六棱锥时，所述块体的底面边长为5
‑
30mm，高为20
‑
50mm或100
‑
500mm。
[0012]优选地，所述离散高韧层分别与所述壳体和所述隔板过盈配合。
[0013]优选地，所述离散高韧层还包括第一阻尼材料；所述第一阻尼材料填充在若干所述块体之间。
[0014]优选地，所述吸能层还包括第二阻尼材料；所述第二阻尼材料填充在所述多孔结构的孔隙内部。
[0015]优选地，所述块体的材质包括陶瓷、玻璃、树脂或水泥。
[0016]优选地，所述防弹层的材质包括砂石、水泥或混凝土。
[0017]优选地，所述吸能层的结构形式和材质可以依据被保护对象的冲击强度进行设置；具体地，当所述被保护对象的强度小于50MPa时，所述吸能层包括负泊松比结构，所述负泊松比结构的孔隙率为70％
‑
95％，材质为钛合金或铝合金；当所述被保护对象的强度大于100MPa时，所述吸能层包括藕孔结构，所述藕孔结构的孔隙率为40％
‑
60％，材质为铝合金或尼龙。
[0018]一种如上述所述的多层级复合防护结构的制备方法，所述壳体包括包络外壳和盖板，所述包络外壳为两端开口的容置结构；所述制备方法包括：
[0019]在所述包络外壳内部加入砂石、水泥或混凝土并静置，使所述砂石、所述水泥或所述混凝土在所述包络外壳内部形成所述防弹层；其中，所述防弹层的厚度小于所述包络外壳的深度；
[0020]在所述防弹层的表面放置所述隔板，并在所述隔板表面铺装若干所述块体，使所述块体在所述隔板表面形成所述离散高韧层；其中，所述离散高韧层、所述隔板与所述防弹层的厚度之和等于所述包络外壳的深度；
[0021]在所述离散高韧层表面放置所述盖板，并通过焊接使所述盖板与所述包络外壳固定连接；
[0022]在所述防弹层的另一表面依次放置或封装所述阻尼层和所述吸能层，得到所述多层级复合防护结构。
[0023]本申请具有以下优点：
[0024]在本申请的实施例中，包括壳体、离散高韧层、防弹层、隔板、阻尼层和吸能层；所述壳体为一端开口的容置结构；所述壳体内部由封闭端至开口端依次设有所述离散高韧层、所述隔板和所述防弹层；所述离散高韧层包括若干预设形状的块体；所述阻尼层设置在所述防弹层表面；所述吸能层设置在所述阻尼层表面；所述吸能层包括开孔或闭孔的多孔结构。本实施例可以形成高度的层级非均匀性复合结构，实现冲击弹体的高效偏转，从而大幅提高单次防弹能力；所述离散高韧层减少了裂纹在所述离散高韧层内与所述防弹层内的扩展，使得弹体冲击时只在接触区域发生局部破坏，可以有效提高抗多发弹打击能力；对所述离散高韧层内的所述块体进行更换还可以实现结构的重复利用，经济便捷；所述吸能层可根据防护需求调整多孔结构构型，实现轻质高效吸能，减少背部反作用力及透射能量。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的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申请的一些实施例，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。
[0026]图1是本申请第一实施例提供的一种多层级复合防护结构的结构示意图；
[0027]图2是本申请第二实施例提供的一种多层级复合防护结构的结构示意图；
[0028]图3是本申请第三实施例提供的一种多层级复合防护结构的结构示意图；
[0029]图4是本申请第四实施例提供的一种多层级复合防护结构的结构示意图；
[0030]图5是本申请第五实施例提供的一种多层级复合防护结构的结构示意图；
[0031]图6是本申请任一实施例提供的一种多层级复合防护结构中包络外壳的结构示意图；
[0032]图7是本申请任一实施例提供的一种多层级复合防护结构中盖板的结构示意图；
[0033]图8是本申请第五实施例提供的一种多层级复合防护结构中负泊松比结构的结构示意图；
[0034]图9是本申请第五实施例提供的一种多层级复合防护结构中藕孔结构的结构示意图。
[0035]说明书附图中的附图标记如下：
[0036]1、壳体；11、包络外壳；12、盖板；121、通孔；2、隔板；3、离散高韧层；31、块体；4、防弹层；5、阻尼层；6、吸能层。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层级复合防护结构，应用于冲击防护领域，其特征在于，包括：壳体、离散高韧层、防弹层、隔板、阻尼层和吸能层；所述壳体为一端开口的容置结构；所述壳体内部由封闭端至开口端依次设有所述离散高韧层、所述隔板和所述防弹层；所述离散高韧层包括若干预设形状的块体；所述阻尼层设置在所述防弹层表面；所述吸能层设置在所述阻尼层表面；所述吸能层包括通孔或闭孔的多孔结构。2.根据权利要求1所述的多层级复合防护结构，其特征在于，所述块体的形状包括球体、圆柱体、圆锥体、四棱柱、四棱锥、六棱柱或六棱锥中的一种或几种的组合。3.根据权利要求2所述的多层级复合防护结构，其特征在于，当所述块体的形状为球体时，所述块体的直径为10
‑
60mm；当所述块体的形状为圆柱体或圆锥体时，所述块体的底面直径为10
‑
60mm，高为20
‑
50mm或100
‑
500mm；当所述块体的形状为正四棱柱或正四棱锥时，所述块体的底面边长为10
‑
60mm，高为20
‑
50mm或100
‑
500mm；当所述块体的形状为正六棱柱或正六棱锥时，所述块体的底面边长为5
‑
30mm，高为20
‑
50mm或100
‑
500mm。4.根据权利要求1所述的多层级复合防护结构，其特征在于，所述离散高韧层分别与所述壳体和所述隔板过盈配合。5.根据权利要求1所述的多层级复合防护结构，其特征在于，所述离散高韧层还包括第一阻尼材料；所述第一阻尼材料填充在若干所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹海琳，丁莉，翁履谦，
申请(专利权)人：深圳市航天新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：