一种抗冲击的复合层结构及其制造方法和应用技术

本发明专利技术公开一种抗冲击的复合层结构及其制造方法和应用。所述复合层结构为三层夹芯结构，包括第一金属防护层，第二金属防护层以及设置在其间的形状记忆合金层；所述形状记忆合金层作为芯板，形成夹芯结构的复合板；其中，所述第一金属防护层和第二金属防护层由一块或多块金属板拼接而成，厚度为5～30mm；所述形状记忆合金层被构造为三维连续网状结构；所述三维连续网状结构包括多个彼此重叠的形状记忆合金圆形结构交错组成，其形状记忆合金层的厚度为10～80mm。本发明专利技术公开的复合层结构具有高强度，高硬度，高韧性，低密度，低成本等优点，最大限度地分散冲击能量，大大提高其防护能力，可以广泛应用于武器装甲和航天器等空间产品的防护领域并起到有效保护。的防护领域并起到有效保护。

【技术实现步骤摘要】
一种抗冲击的复合层结构及其制造方法和应用


[0001]本专利技术涉及武器装甲及空间产品防护
更具体地，涉及一种抗冲击的复合层结构及其制造方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，武器装备快速发展，新型防护材料和技术也随之得到了广泛应用。防护技术水平在很大程度上决定了武器装备系统及航天器等空间产品的生存能力，性能优良的防护系统能够有效保障各类装备与人员的安全。而抗冲击结构是装甲防护和抗空间碎片冲击的关键技术，防护结构的设计与材料极大地影响着系统的最终防护能力。
[0003]目前，高性能防弹装甲工程抗冲击性能的重点是其抗冲击侵彻能力，传统的陶瓷复合防弹板通常以较硬的陶瓷作面板、以韧性良好的金属或纤维增强树脂复合材料做背板，首先将面板和背板单独成型，然后再利用胶黏剂将面板和背板粘接在一起，但是，由于陶瓷为脆性材料，防弹板在受到弹丸高速冲击时，陶瓷板作为直接迎弹面，受弹丸冲击后极易发生陶瓷板碎裂、脱落，导致防弹板失效，从而影响其抗多次冲击能力，并且，防弹板收到高速冲击的子弹后，会发生变形，极大的冲击力很容易造成局部防弹能力的下降，从而影响整体的防弹能力。
[0004]为此，急需研究一种新型的复合层结构，使其可以在抵抗子弹和空间碎片侵彻时，分散子弹和碎片较大的动能，将动能快速层层传递至周围区域，减少局部防弹板受到的冲击，对于提高武器装甲和航天器防护能力显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]基于以上缺陷，本专利技术的第一个目的在于提供一种抗冲击的复合层结构。该复合层结构具有高强度，高硬度，高韧性，低密度，低成本等优点，在形状记忆合金层中纵横交叉的形状记忆合金可较好地承受的冲击力分散到其他部位，避免集中冲击载荷过大使防护系统遭到破坏，配合第一金属防护层和第二金属防护层可进一步提高材料的抗冲击性能，因此，较传统防弹材料具有更强的抗冲击侵彻能力。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种制造如上所述的复合层结构的方法。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提供一种利用如上所述的复合层结构作为防弹板在武器装甲及空间产品防护领域中的应用。
[0008]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]本专利技术提供一种抗冲击的复合层结构，所述复合层结构为三层夹芯结构，包括第一金属防护层，第二金属防护层以及设置在其间的形状记忆合金层；所述形状记忆合金层作为芯板，形成夹芯结构的复合板；
[0010]其中，所述第一金属防护层和第二金属防护层由一块或多块金属板拼接而成，厚度为5～30mm；
[0011]所述形状记忆合金层被构造为三维连续网状结构；所述三维连续网状结构包括多
个彼此重叠的形状记忆合金圆形结构交错组成，其形状记忆合金层的厚度为10～80mm。
[0012]针对现有技术中陶瓷抗多次冲击能力差、易变形等问题，本专利技术从防护装甲的内部结构出发，通过改良防护装甲的内部结构，使材料从宏观设计中进一步提高性能，如抗冲击性能，再结合现今研究出的一些优良材料，使复合而成的装甲材料具有更好的抗冲击毁伤性能。
[0013]在本专利技术中，将形状记忆合金构造为三维连续网状结构，使彼此相重叠的形状记忆合金圆形结构一层一层纵横交叉连接在一起，以半个圆(拱桥状)为一个冲击分散单元，这种结构的设计有利于冲击能量在接触点处的快速分散和传递，将受力沿着纤维传递，并传给与它相连的其他圆形结构，这样冲击作用力依次在上下左右的纤维间传播，能较好的将局部承受的冲击力分散到其他部位，避免集中冲击载荷过大使装甲遭到破坏，配合第一金属防护层和第二金属防护层可进一步提高材料的抗冲击性能。另外，采用三层夹芯结构和立体交错的网状结构能在一定程度上改变冲击射流的方向，也减弱穿甲弹的穿透和侵彻作用。
[0014]进一步，所述任意两个重叠的形状记忆合金圆形结构的重叠区域占整个圆形面积的1/18～2/5。
[0015]进一步，所述任意一个形状记忆合金圆形结构与其周边重叠的形状记忆合金圆形结构的总重叠面积占整个圆形面积的1/3～3/4。
[0016]进一步，所述形状记忆合金圆形结构的半径为2～40mm。
[0017]进一步，所述形状记忆合金层由镍
‑
钛合金、铜
‑
镍
‑
钛合金、铁
‑
镍
‑
钛合金或镍
‑
钛
‑
硅合金等形状记忆合金制成；所述形状记忆合金具有机械性能好，弹性应变高，形状恢复能力强、冲击韧性好等优点，通过热处理后制成立体交错的网状结构，优选地，所述形状记忆合金层由镍
‑
钛合金制成，镍钛所占比重为1:1；优选地，所述形状记忆合金层由镍
‑
钛
‑
硅合金制成，镍钛硅所占比重为1:1:1。
[0018]进一步，为了进一步提高复合层结构的抗冲击能力，所述形状记忆合金层还可以根据应用需要填充吸能材料；所述吸能材料包括但不限于泡沫铝或经浸润树脂处理的高性能纤维；其中，泡沫铝具有质量轻，高比刚度，高阻尼减震性能及冲击能量吸收率等特点，外层再夹金属板或其他比刚度大的复合材料板，形成泡沫铝夹芯板结构具有显著吸能效果，将会更有效的提高装备的抗爆抗冲击波性能；所述高性能纤维具有比强度高、比模量大的特点，同时还具有金属板优良的断裂韧性和抗冲击性能，能够提供很好的刚性支撑，减少复合结构防弹板的变形，提高防护能力。
[0019]进一步，所述高性能纤维包括但不限于碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中一种或多种；所述树脂包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛树脂或聚乙烯醇缩醛中的一种。
[0020]进一步，所述金属板由钛合金、镁合金、铝合金、镁锂合金、陶瓷或者非金属复合材料中的一种或几种压制而成；例如：所述非金属复合材料可以为碳纤维复合材料等。
[0021]进一步，所述第一金属防护层和第二金属防护层的厚度为10
‑
20mm；优选地，所述形状记忆合金层的厚度为10
‑
50mm。
[0022]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0023]本专利技术公开一种制造如上所述的复合层结构的方法，包括如下步骤：
[0024]a、制备形状记忆合金层
[0025]选取形状记忆合金，经300
‑
600℃热处理制成具有超弹性、三维连续网状结构的形状记忆合金层，作为芯板，备用；
[0026]b、制备第一金属防护层，第二金属防护层
[0027]将金属板裁切为规则尺寸，通过胶黏剂紧密贴合起来，保证表面拼合的平整性，备用；
[0028]c、复合层结构组装
[0029]将所述步骤a、步骤b分别得到的形状记忆合金层、第一金属防护层，第二金属防护层进行组装，在形状记忆合金层中加入或不加入吸能材料，第一金属防护层和第二金属防护层通过胶粘剂粘结在形状记忆合金层的两侧，形成一体式复合层结构，即得。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗冲击的复合层结构，其特征在于，所述复合层结构为三层夹芯结构，包括第一金属防护层，第二金属防护层以及设置在其间的形状记忆合金层；所述形状记忆合金层作为芯板，形成夹芯结构的复合板；其中，所述第一金属防护层和第二金属防护层由一块或多块金属板拼接而成，厚度为5～30mm；所述形状记忆合金层被构造为三维连续网状结构；所述三维连续网状结构包括多个彼此重叠的形状记忆合金圆形结构交错组成，其形状记忆合金层的厚度为10～80mm。2.根据权利要求1所述的复合层结构，其特征在于，所述任意两个重叠的形状记忆合金圆形结构的重叠区域占整个圆形面积的1/18～2/5。3.根据权利要求1所述的复合层结构，其特征在于，所述任意一个形状记忆合金圆形结构与其周边重叠的形状记忆合金圆形结构的总重叠面积占整个圆形面积的1/3～3/4。4.根据权利要求1所述的复合层结构，其特征在于，所述形状记忆合金圆形结构的半径为2～40mm。5.根据权利要求1所述的复合层结构，其特征在于，所述形状记忆合金层由镍
‑
钛合金、铜
‑
镍
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钛合金、铁
‑
镍
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钛合金或镍
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钛
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硅合金制成；优选地，所述形状记忆合金层由镍
‑
钛合金制成，镍钛所占比重为1:1；优选地，所述形状记忆合金层由镍
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钛
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硅合金制成，镍钛硅所占比重为1:1:1。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓雯，麻铁昌，严素欣，李微，聂莹，
申请(专利权)人：航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：