一种防弹陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于防弹陶瓷表面改性技术领域，尤其是涉及一种防弹陶瓷及其制备方法。

背景技术

防弹装甲通过消耗弹丸能量使弹丸减速并达到无害的效果。目前防弹装甲多为陶瓷复合装甲，结构为陶瓷面板+复合材料背板。陶瓷的高硬度使弹丸发生变形，同时在弹丸侵彻过程中破碎磨蚀弹丸，使弹丸发生钝化；然后通过背板的变形吸收弹丸残余动能，最终捕获弹丸，实现防弹功能。

为了适应现代战场的需求，装甲的防弹性能需要不断提升。现有方案中，一般通过调整装甲材料和复合结构提升陶瓷复合装甲抗侵彻能力，但是装甲在尖锐弹头的高速冲击下易被贯穿，使得装甲材料和结构的设计难以有效发挥作用。有研究者将陶瓷表面改成圆凸结构以改变弹丸侵彻路径，从而实现提高防弹能力，但尖锐的弹头在接触陶瓷圆凸结构的顶部区域时，尖锐的弹头会对陶瓷造成开坑效果，难以实现偏转弹丸路径的作用。

发明内容

改变弹头的侵彻方向可增大弹体移动路径，从而增大弹丸侵彻能量的消耗，提高防弹装甲的抗侵彻能力；此外，改变弹头的侵彻方向还可增大靶板与弹体的接触面积，从而增大弹体移动的摩擦阻力，提高弹丸侵彻阻力。本发明提出一种防弹陶瓷及其制备方法，利用涂层技术，通过在防弹陶瓷表面进行材料和结构的设计，以实现偏转弹丸路径，提高防弹陶瓷整体的防弹能力效果。

一种防弹陶瓷，其特征在于，在陶瓷基体的迎弹面上固定有复合涂层组，所述复合涂层组包括由下至上依次叠加的至少三层分别由采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备而成的柱状晶层，上、下相邻的两层柱状晶层之间夹设有一层采用物理气相沉积方法(PVD)制备而成的润滑层。

进一步，在陶瓷基体的迎弹面与复合涂层组最下方的柱状晶涂层之间还设置有过渡层。以增强陶瓷基体与复合涂层组最下方的柱状晶涂层的结合强度。

优选的，所述过渡层为采用物理气相沉积方法(PVD)制备而成的Ti过渡层。

进一步，所述柱状晶层为采用Al2O3靶材经电子束物理气相沉积方法制备而成的Al2O3柱状晶层。柱状晶层厚度为100～150μm。

或者，所述柱状晶层为采用SiC靶材经电子束物理气相沉积方法制备而成的SiC柱状晶层。柱状晶层厚度为100～150μm。

进一步，所述润滑层为采用MoS2靶材经物理气相沉积方法(PVD)制备而成的MoS2涂层。润滑层厚度为20～50μm。

或者，所述润滑层为采用WS2靶材经物理气相沉积方法(PVD)制备而成的WS2涂层。润滑层厚度为20～50μm。

进一步，所述陶瓷基体为B

制备如上所述的一种防弹陶瓷的制备方法，包括：

步骤一：采用酒精对陶瓷基体迎弹面进行清洁；

步骤二：采用物理气相沉积方法(PVD)在陶瓷基体迎弹面上制备过渡层；

步骤三：在过渡层表面之上制备复合涂层组，复合涂层组包括由下至上依次叠加的至少三层分别由采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备而成的柱状晶层，相邻两层柱状晶层之间夹设有采用物理气相沉积方法(PVD)制备而成的润滑层。

所述EB-PVD的工艺参数为：沉积速率2～3μm/min，基板温度与靶材熔点之比为0.3～0.5，真空度为6～8Pa，电子束流强度为1～2A；

所述PVD的工艺参数为：真空度为5-10Pa，电压为650～850V，电流为1～2A。

本发明在陶瓷基体的迎弹面上固定的复合涂层组以一层柱状晶层为表面层，高速、尖锐的弹头侵入表面的柱状晶层时，该柱状晶层被挤压破坏，由于柱状晶层中的各个柱状晶自身形状以及批次紊乱错综的排列特性，导致侵入柱状晶层的弹头受力不均匀从而发生侵彻路径初步偏转；继续侵彻的过程中，由于弹丸路径的偏转会产生横向的剪切力，可使上、下相邻两层柱状晶层之间的润滑层被启动，发生滑移，从而进一步偏转弹丸侵彻路径，并且在本发明的设计中，包括了至少三层柱状晶层和两层润滑层，即提供了至少两组“柱状晶层-润滑层-柱状晶层”的夹心式滑移结构，可保证弹丸在侵彻时发生多次偏转，从而保证防弹陶瓷整体的抗侵彻能力。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，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相关的附图。

图1为本发明的复合层结构剖视示意图；

图2为本发明的单层柱状晶层微观形貌示意图；

图3为实施例的防弹陶瓷与传统防弹陶瓷试验结果对照表。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图所示，本实施例中的陶瓷基体的迎弹面上制备有Ti过渡层，Ti过渡层至上固定有复合涂层组，此复合涂层组包括由下至上依次叠加的三层柱状晶层，相邻两层柱状晶层之间夹设有一层润滑层。

制备上述防弹陶瓷的制备方法：

先采用酒精清洁B

采用PVD方法在处理后的B

采用EB-PVD的方法制备每层SiC柱状晶涂层，涂层厚度150μm；工艺参数为：真空度为7Pa，沉积速率为2.5μm/min，基板温度与靶材熔点之比为0.4，电子束流强度为2A。

采用PVD方法制备每层MoS

参见图2所示的柱状晶层微观形貌示意图，柱状晶层中的每根柱状晶均大致沿纵向方向延伸，柱径沿其延伸方向存在变化，且各柱状晶的排列也为紊乱错综的形式，这些特性使得侵入柱状晶层的弹头受力不均匀从而发生侵彻路径初步偏转，而弹丸路径的偏转会产生横向的剪切力，可使上、下相邻两层柱状晶层之间的润滑层被启动，发生滑移，从而进一步偏转弹丸侵彻路径。

图3给出了本实施例防弹陶瓷与传统防弹陶瓷试验结果对照，可以看出相应性能有较大提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。