一种轻型防弹材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻型防弹材料，由外至内依次包括防弹钢板、陶瓷树脂复合层、碳纤维三维织物层和防弹钢板；陶瓷树脂复合层包括包覆及填充树脂、靠近外侧的第一陶瓷柱插层和靠近内侧的第二陶瓷柱插层，各插层设有插孔钢板和若干碳化硅陶瓷柱，碳化硅陶瓷柱插在插孔钢板上以组成陶瓷防弹层；第二陶瓷柱插层的碳化硅陶瓷柱与第一陶瓷柱插层的碳化硅陶瓷柱呈错位排布；碳化硅陶瓷柱体密度3.0

【技术实现步骤摘要】
一种轻型防弹材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及防弹材料
，尤其涉及一种轻型防弹材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]装甲的发展伴随着科技和新材料的发展，其防护性能得到了很大的提升。轻型装甲车辆从最初的要求抵御手枪弹、一般步枪子弹，到现在 14.5mm 穿甲弹。由于其装甲钢的质量不断增加，不断增大的装甲质量对车辆结构和动力提出了更高的要求，严重影响了装甲车辆的战术机动性，人们意识到装甲轻量化和防弹性能同样重要。
[0003]为了抵抗子弹的穿透性，需用到硬度大的材料。目前主要的防弹陶瓷材料包括如碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)等高硬度陶瓷材料。陶瓷材料作为一种先进的高技术材料，具有高强度、高硬度、耐腐蚀及高耐磨性的特点。其中，碳化硅陶瓷因共价键极强，在高温下仍具有高强度的键合、硬度高、防弹效果好且制造成本低。但是，陶瓷材料的脆性是大多数材料所存在的缺陷，如何有效将强大的弹丸冲击能量进行吸收和分散，减少陶瓷因冲击和振动导致的大面积碎裂破坏情况是目前陶瓷类防弹材料所亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]（一）要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种轻型防弹材料，其有效发挥了碳化硅(SiC)陶瓷材料硬度高的特性，同时避免了在强烈冲击和振动下导致的碳化硅(SiC)陶瓷材料呈片碎裂而毁损的技术问题，配合使用碳纤维三维织物优异的能量吸收作用，提升防弹材料抗弹丸击穿能力。本专利技术所制备的防弹材料可用于装甲车、防弹盾牌等。
[0005]（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一方面，本专利技术提供一种轻型防弹材料，其由外至内依次包括：外层防弹钢板、陶瓷树脂复合层、碳纤维三维织物层和内层防弹钢板；所述陶瓷树脂复合层包括包覆及填充树脂、靠近外侧的第一陶瓷柱插层和靠近内侧的第二陶瓷柱插层；其中，第一陶瓷柱插层和第二陶瓷柱插层的结构相同，均包括碳化硅陶瓷柱和插孔钢板，插孔钢板上设有呈阵列排布的插接孔，碳化硅陶瓷柱下端为插接部、中间为连接部、顶端为置偏折射部，所述连接部连接插接部和置偏折射部，且所述插接部的外径小于所述连接部；所述各碳化硅陶瓷柱下端的插接部插在所述插接孔中，同一插孔钢板上的碳化硅陶瓷柱紧密邻接以组成陶瓷防弹层（该陶瓷板的厚度为连接部的长度）；所述第二陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱与所述第一陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱呈错位排布，使第二陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱的最顶端与所述第一陶瓷柱插层的两个碳化硅陶瓷柱的邻接缝对齐；所述碳化硅陶瓷柱的体密度3.0
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3.4g/cm2，抗弯强度≥400MPa，洛氏硬度（HRA）≥90；
所述包覆及填充树脂包覆所述第一陶瓷柱插层和第二陶瓷柱插层的外部且填充在各碳化硅陶瓷柱的周围。
[0006]根据本专利技术的较佳实施例，所述外层防弹钢板和内层防弹钢板的材质为ArmaPro550 防弹钢或6211均质钢；或者外层防弹钢板为ArmaPro550 防弹钢，内层防弹钢板为6211均质钢。
[0007]根据本专利技术的较佳实施例，所述陶瓷树脂复合层中，包覆及填充树脂为聚氨酯树脂或环氧树脂。
[0008]根据本专利技术的较佳实施例，所述陶瓷树脂复合层中的插孔钢板的材质为高硬度高韧性的钢材质，优选为硬度大于HRC50的模具钢，所述模具钢为LG模具钢（韧性是DC53的8
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9倍，硬度HRC54
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58）、8566模具钢（硬度HRC58
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60）、模具钢LD、8566二代模具钢、88模具钢、CALDIE模具钢（硬度HRC60
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62）。最优选是8566模具钢，其抗崩裂性能是高速钢SKH
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51的4倍，D2的两倍，它能解决D2，DC53，SKH
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51等高硬度模具钢无法解决的崩裂问题。
[0009]根据本专利技术的较佳实施例，所述碳化硅陶瓷柱的总长度为15
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20mm，其连接部外径为10
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16mm，其插接部的外径为5
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10mm，插接部长度与所述插孔钢板的厚度接近或大于所述插孔钢板的厚度1
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3mm。
[0010]根据本专利技术的较佳实施例，所述置偏折射部为梯形坡面、半椭圆形坡面或半球形圆顶。优选地，所述碳化硅陶瓷柱的连接部的横截面为矩形，插接部的横截面为矩形或圆形，与插孔钢板上的插接孔的形状吻合。
[0011]根据本专利技术的较佳实施例，所述第二陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱的最顶端与所述第一陶瓷柱插层的插孔钢板的底面相抵接。
[0012]根据本专利技术的较佳实施例，所述碳纤维三维织物层厚度为2
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4cm。
[0013]另一方面，本专利技术提供一种轻型防弹材料的制备方法，其包括：S1、在模具中先铺好第二陶瓷柱插层的插孔钢板，然后将无压烧结制备的碳化硅陶瓷柱插接到插孔钢板上，使各碳化硅陶瓷柱的顶端边缘相互紧密邻接；然后再将第一陶瓷柱插层的插孔钢板铺到所述模具中，且第一陶瓷柱插层的插孔钢板上的各列插接孔与第二陶瓷柱插层的插孔钢板上的各列插接孔形成错位，将无压烧结制备的碳化硅陶瓷柱插接到第一陶瓷柱插层的插孔钢板上；所述碳化硅陶瓷柱的体密度3.0
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3.4g/cm2，抗弯强度≥400MPa，洛氏硬度（HRA）≥90；S2、真空注塑注入树脂，使树脂填满整个模具模腔，脱模后得到陶瓷树脂复合层；S3、将外层防弹钢板、陶瓷树脂复合层、碳纤维三维织物层和内层防弹钢板依序采用环氧树脂复合为一体。
[0014]根据本专利技术的较佳实施例，所述碳化硅陶瓷柱的制备方法可以参照如下方式进行：（1）取α
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SiC微粉（含纯SiC＞99.8%）92
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98份、氧化钇0.4
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1份加入100
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105份去离子水中，混合均匀，再加入羟甲基纤维素2
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4份、乙酸乙酯0.3
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1份、乙二醇0.3
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0.8份，混合均匀，得研磨混合料；（2）在球磨罐中以料球质量比为2
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4:1
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2的比例加入碳化硅陶瓷球作为研磨球，将球磨罐置于滚筒式球磨机上以200r
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400r/min转速球磨6
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10h，将研磨球过300目筛筛除，即可得到浆料；
（3）将浆料转移到喷雾造粒塔中进行造粒，热风进口温度为240
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300℃，出口温度为100
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150℃；收集造粒粉料；（4）将造粒粉料送入等静压成型模具中，成型得素胚，再将该素胚放入无压真空烧结炉中，在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1650
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1750℃，保温2
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4小时后缓慢降温到1400
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1450℃；（5）通过对陶瓷毛坯进行轻磨加工，得到高精度和表面光滑度的碳化硅陶瓷柱。所述碳化硅陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻型防弹材料，其特征在于，由外至内依次包括外层防弹钢板、陶瓷树脂复合层、碳纤维三维织物层和内层防弹钢板；其中，所述陶瓷树脂复合层包括包覆及填充树脂、靠近外侧的第一陶瓷柱插层和靠近内侧的第二陶瓷柱插层；第一陶瓷柱插层和第二陶瓷柱插层的结构相同，均包括碳化硅陶瓷柱和插孔钢板，插孔钢板上设有呈阵列排布的插接孔，碳化硅陶瓷柱下端为插接部、中间为连接部、顶端为置偏折射部，所述连接部连接插接部和置偏折射部，且所述插接部的外径小于所述连接部；所述各碳化硅陶瓷柱下端的插接部插在所述插接孔中，同一插孔钢板上的碳化硅陶瓷柱紧密邻接以组成陶瓷防弹层；所述第二陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱与所述第一陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱呈错位排布，使第二陶瓷柱插层的各碳化硅陶瓷柱的最顶端与所述第一陶瓷柱插层的两个碳化硅陶瓷柱的邻接缝对齐；所述碳化硅陶瓷柱的体密度3.0
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3.4g/cm2，抗弯强度≥400MPa，洛氏硬度≥90；所述包覆及填充树脂包覆所述第一陶瓷柱插层和第二陶瓷柱插层的外部且填充在各碳化硅陶瓷柱的周围。2.根据权利要求1所述的轻型防弹材料，其特征在于，所述外层防弹钢板和内层防弹钢板的材质为ArmaPro550 防弹钢或6211均质钢；或者外层防弹钢板为ArmaPro550 防弹钢，内层防弹钢板为6211均质钢。3.根据权利要求1所述的轻型防弹材料，其特征在于，所述陶瓷树脂复合层中，包覆及填充树脂为聚氨酯树脂或环氧树脂。4.根据权利要求1所述的轻型防弹材料，其特征在于，所述陶瓷树脂复合层中的插孔钢板的材质为硬度大于HRC50的模具钢。5.根据权利要求4所述的轻型防弹材料，其特征在于，所述模具钢为LG模具钢、8566模具钢、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虹，周小辉，
申请(专利权)人：潍坊衡瑞硼业新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：