一种复合装甲板及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及装甲防护领域，尤其涉及一种复合装甲板及其制备方法与应用。

背景技术

目前，装甲防护领域追求的目标是研究出抗弹性能好、质量轻且防二次效应能力强的复合装甲板，陶瓷具有硬度高、密度低、化学性能稳定和抗弹能力高的特性，故陶瓷复合防弹装甲板优势明显，是前景比较好的装甲板材料；目前的轻质陶瓷复合防弹装甲板基本都是陶瓷材料、PE背板组合构成；制备该轻质陶瓷复合防弹装甲板，成品需提高抗弹性能，传统的方法是在原有成品组合的基础上通过增加原料厚度(陶瓷和PE背板)来提高成品的抗弹性能，若单一的增加PE背板的厚度，抗弹性能提升不明显；若单一的增加陶瓷厚度，由于陶瓷材料不宜单独用于防弹，只有在一定约束条件下才能充分发挥其抗弹性能优势，而PE背板是柔性材料，无法为加厚的陶瓷板提供有效的约束条件，抗弹性能会大大减弱；若同时增加陶瓷和PE背板的厚度，则会大大的增加成品的重量，成品不便于实际应用，影响装备机动性。

因此，亟需一种复合装甲板及其制备方法与应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种复合装甲板及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明的第一方面是提供一种复合装甲板，包括依次层叠设置的：第一包覆层、陶瓷层、背板层、以及第二包覆层；其中，

所述陶瓷层包括依次层叠设置的：第一约束层、陶瓷主层、以及第二约束层；

其中，所述陶瓷主层包括：第一陶瓷块、以及围设于所述第一陶瓷块的外周的若干第二陶瓷块；

其中，所述第一陶瓷块包括依次层叠设置的：若干陶瓷单元层；

其中，相邻所述陶瓷单元层间设置有第三约束层。

优选地，所述第一包覆层、所述陶瓷层、所述背板层、以及所述第二包覆层沿第一方向依次层叠设置，所述第一约束层、所述陶瓷主层、以及所述第二约束层沿所述第一方向依次层叠设置，若干所述陶瓷单元层沿所述第一方向依次层叠设置；

在垂直于所述第一方向的平面上，若干所述第二陶瓷块围设于所述第一陶瓷块的外周。

优选地，若干所述第二陶瓷块依次首尾相接地围设于所述第一陶瓷块的外周。

优选地，所述陶瓷层的厚度为8mm-30mm。

优选地，所述第一约束层与所述第三约束层分别独立地采用克重不高于200g/m

更优选地，所述第一陶瓷块与所述第二陶瓷块分别独立地采用氧化铝材料、碳化硅材料、或碳化硼材料中的至少一种，且所述第一陶瓷块的硬度与所述第一陶瓷块的硬度均不低于1500kgf/mm

优选地，所述第一陶瓷块的厚度与所述第二陶瓷块的厚度相同，所述第一陶瓷块的长度不低于200mm，所述第一陶瓷块的宽度不低于200mm，所述第二陶瓷块的宽度为20mm-50mm。

优选地，所述陶瓷单元层的数量不高于5，所述陶瓷单元层的厚度不低于3mm。

本发明的第二方面是提供一种如前所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、以相邻两陶瓷单元层间设置一第三约束层的方式，将若干所述陶瓷单元层与若干所述第三约束层依次层叠粘接，得第一陶瓷块；

S2、将若干第二陶瓷块拼接至所述第一陶瓷块的外周，得陶瓷主层；

S3、将第一约束层、陶瓷主层、以及第二约束层依次层叠粘接，热压固化后得陶瓷层；

S4、将所述陶瓷层、以及背板层依次层叠粘接，热压固化后得复合中间板；

S5、将第一包覆层、以及第二包覆层分别包覆至所述复合中间板的两面，得所述复合装甲板。

更优选地，所述背板层的制备步骤包括：

将若干PE UD复合布层叠后模压，裁切至厚度与所述陶瓷层的厚度相同，即得。

本发明的第三方面是提供一种如前所述复合装甲板在防弹中的应用。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的复合装甲板通过设置第一陶瓷块，第一陶瓷块由若干陶瓷单元层通过第三约束层固定连接，在不增加其厚度和重量的同时受到背面和侧面的约束力，陶瓷单元层受压应力，有利于各陶瓷层单元层形成多种形式的锥形碎裂，使整个陶瓷层吸收更多能量。

附图说明

图1为本发明一实施例中复合装甲板的基本结构示意图；

图2为本发明一实施例中复合装甲板的第一陶瓷块结构示意图；

图3为本发明一实施例中复合装甲板的陶瓷主层结构示意图；

图4为本发明一实施例中复合装甲板的陶瓷层结构示意图；

图中的附图标记包括：

1、第一包覆层；2、陶瓷层；21、第一约束层；22、陶瓷主层；221、第一陶瓷块；2211、陶瓷单元层；2212、第三约束层；222、第二陶瓷块；23、第二约束层；3、背板层；4、第二包覆层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供一种复合装甲板，包括：第一包覆层1、陶瓷层2、背板层3、以及第二包覆层4；其中，

所述第一包覆层1、所述陶瓷层2、所述背板层3、以及所述第二包覆层4沿第一方向依次层叠设置；所述陶瓷层2包括依次层叠设置的：第一约束层21、陶瓷主层22、以及第二约束层23；所述第一约束层21、所述陶瓷主层22、以及所述第二约束层23沿所述第一方向依次层叠设置；所述陶瓷层2的厚度为12.5mm；

其中，所述陶瓷主层22包括：第一陶瓷块221、以及围设于所述第一陶瓷块221的外周的若干第二陶瓷块222；在垂直于所述第一方向的平面上，若干所述第二陶瓷块222围设于所述第一陶瓷块221的外周；若干所述第二陶瓷块222依次首尾相接地围设于所述第一陶瓷块221的外周；

所述第一陶瓷块221与所述第二陶瓷块222分别独立地采用氧化铝材料、碳化硅材料、或碳化硼材料中的至少一种，所述第一陶瓷块221的厚度与所述第二陶瓷块222的厚度相同，所述第一陶瓷块221的长度为300mm，所述第一陶瓷块221的宽度为300mm，所述第二陶瓷块222的长度为350mm；所述第二陶瓷块222的宽度为50mm；

所述第一陶瓷块221包括依次层叠设置的：若干陶瓷单元层2211；若干所述陶瓷单元层2211沿所述第一方向依次层叠设置；相邻所述陶瓷单元层2211间设置有第三约束层2212；所述第一约束层21与所述第三约束层2212分别独立地采用克重不高于200g/m

所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、以相邻两陶瓷单元层2211间设置一第三约束层2212的方式，将两个所述陶瓷单元层2211与一片所述第三约束层2212依次层叠粘接，得第一陶瓷块221；

S2、将四片第二陶瓷块222拼接至所述第一陶瓷块221的外周，得陶瓷主层22；

S3、将第一约束层21、陶瓷主层22、以及第二约束层23依次层叠粘接，热压固化后得陶瓷层2；

S4、将若干PE UD复合布层叠后模压，裁切至厚度与所述陶瓷层2的厚度相同，即得背板层3，将所述陶瓷层2、以及背板层3依次层叠粘接，热压固化后得复合中间板；

S5、将第一包覆层1、以及第二包覆层4分别包覆至所述复合中间板的两面，得所述复合装甲板。

实施例2

如图1-4所示，本实施例提供一种复合装甲板，包括：第一包覆层1、陶瓷层2、背板层3、以及第二包覆层4；其中，

所述第一包覆层1、所述陶瓷层2、所述背板层3、以及所述第二包覆层4沿第一方向依次层叠设置；所述陶瓷层2包括依次层叠设置的：第一约束层21、陶瓷主层22、以及第二约束层23；所述第一约束层21、所述陶瓷主层22、以及所述第二约束层23沿所述第一方向依次层叠设置；所述陶瓷层2的厚度为14mm；

其中，所述陶瓷主层22包括：第一陶瓷块221、以及围设于所述第一陶瓷块221的外周的若干第二陶瓷块222；在垂直于所述第一方向的平面上，若干所述第二陶瓷块222围设于所述第一陶瓷块221的外周；若干所述第二陶瓷块222依次首尾相接地围设于所述第一陶瓷块221的外周；

所述第一陶瓷块221与所述第二陶瓷块222分别独立地采用氧化铝材料、碳化硅材料、或碳化硼材料中的至少一种，且所述第一陶瓷块221的硬度与所述第二陶瓷块222的硬度均为1800kgf/mm

所述第一陶瓷块221包括依次层叠设置的：若干陶瓷单元层2211；若干所述陶瓷单元层2211沿所述第一方向依次层叠设置；相邻所述陶瓷单元层2211间设置有第三约束层2212；所述陶瓷单元层2211的数量为3，所述陶瓷单元层2211的厚度分别为4mm、4mm和4.5mm。

所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、以相邻两陶瓷单元层2211间设置一第三约束层2212的方式，将三个所述陶瓷单元层2211与两片所述第三约束层2212依次层叠粘接，得第一陶瓷块221；

S2、将四片第二陶瓷块222拼接至所述第一陶瓷块221的外周，得陶瓷主层22；

S3、将第一约束层21、陶瓷主层22、以及第二约束层23依次层叠粘接，热压固化后得陶瓷层2；

S4、将若干PE UD复合布层叠后模压，裁切至厚度与所述陶瓷层2的厚度相同，即得背板层3，将所述陶瓷层2、以及背板层3依次层叠粘接，热压固化后得复合中间板；

S5、将第一包覆层1、以及第二包覆层4分别包覆至所述复合中间板的两面，得所述复合装甲板。

实施例3

如图1-4所示，本实施例提供一种复合装甲板，包括：第一包覆层1、陶瓷层2、背板层3、以及第二包覆层4；其中，

所述第一包覆层1、所述陶瓷层2、所述背板层3、以及所述第二包覆层4沿第一方向依次层叠设置；所述陶瓷层2包括依次层叠设置的：第一约束层21、陶瓷主层22、以及第二约束层23；所述第一约束层21、所述陶瓷主层22、以及所述第二约束层23沿所述第一方向依次层叠设置；所述陶瓷层2的厚度为14mm；

其中，所述陶瓷主层22包括：第一陶瓷块221、以及围设于所述第一陶瓷块221的外周的若干第二陶瓷块222；在垂直于所述第一方向的平面上，若干所述第二陶瓷块222围设于所述第一陶瓷块221的外周；若干所述第二陶瓷块222依次首尾相接地围设于所述第一陶瓷块221的外周；

所述第一陶瓷块221与所述第二陶瓷块222分别独立地采用氧化铝材料、碳化硅材料、或碳化硼材料中的至少一种，所述第一陶瓷块221的硬度为1800kgf/mm

所述第一陶瓷块221包括依次层叠设置的：若干陶瓷单元层2211；若干所述陶瓷单元层2211沿所述第一方向依次层叠设置；相邻所述陶瓷单元层2211间设置有第三约束层2212；所述陶瓷单元层2211的数量为3，所述陶瓷单元层2211的厚度分别为6mm、4mm和4mm；所述陶瓷单元层2211的硬度分别为3200kgf/mm

所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、以相邻两陶瓷单元层2211间设置一第三约束层2212的方式，将三个所述陶瓷单元层2211与两片所述第三约束层2212依次层叠粘接，得第一陶瓷块221；

S2、将四片第二陶瓷块222拼接至所述第一陶瓷块221的外周，得陶瓷主层22；

S3、将第一约束层21、陶瓷主层22、以及第二约束层23依次层叠粘接，热压固化后得陶瓷层2；

S4、将若干PE UD复合布层叠后模压，裁切至厚度与所述陶瓷层2的厚度相同，即得背板层3，将所述陶瓷层2、以及背板层3依次层叠粘接，热压固化后得复合中间板；

S5、将第一包覆层1、以及第二包覆层4分别包覆至所述复合中间板的两面，得所述复合装甲板。

对比例1

采用尺寸单一的碳化硼陶瓷块，所述陶瓷块的长度为400mm，所述陶瓷块的宽度为400mm、所述陶瓷块的厚度为12.5mm，所述陶瓷块的硬度为3200kgf/mm

所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、首先将2片所述第三约束层分别铺叠在所述陶瓷块的表面，粘接后放入热压罐装置复合固化制得陶瓷层。

S2、通过热压装置将多层PE UD复合布铺叠放入平面模具，进行模压后并用刀具裁切成与所述陶瓷层厚度相同的PE背板层。

S3、将陶瓷层与PE背板层叠合并粘接后放入热压罐装置复合固化。

S4、在S3步骤固化好的产品表面分别包覆一层黑色纤维布，制得最终成品。

对比例2

采用尺寸单一的碳化硼陶瓷块，所述陶瓷块的厚度为15mm，所述陶瓷块的硬度为3200kgf/mm

所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、首先将2片所述第三约束层分别铺叠在所述陶瓷块的表面，粘接后放入热压罐装置复合固化制得陶瓷层。

S2、通过热压装置将多层PE UD复合布铺叠放入平面模具，进行模压后并用刀具裁切成与所述陶瓷层厚度相同的PE背板层。

S3、将陶瓷层与PE背板层叠合并粘接后放入热压罐装置复合固化。

S4、在S3步骤固化好的产品表面分别包覆一层黑色纤维布，制得最终成品。

对比例3

采用尺寸单一的碳化硼陶瓷块，所述陶瓷块的长度为400mm，所述陶瓷块的宽度为400mm、所述陶瓷块的厚度为12.5mm，所述陶瓷块的硬度为3200kgf/mm

所述复合装甲板的制备方法，步骤包括：

S1、首先将2片所述第三约束层分别铺叠在所述陶瓷块的表面，粘接后放入热压罐装置复合固化制得陶瓷层。

S2、通过热压装置将多层PE UD复合布铺叠放入平面模具，进行模压后并用刀具裁切厚度为15mm的PE背板层。

S3、将陶瓷层与PE背板层叠合并粘接后放入热压罐装置复合固化。

S4、在S3步骤固化好的产品表面分别包覆一层黑色纤维布，制得最终成品。

检测实施例

对实施例1～3以及对比例1～3进行穿透性能试验，结果如下：

表1

由表1可以看出：与对比例相比，实施例1采用将陶瓷层主要设计成碳化硼陶瓷块与碳化硼陶瓷块拼接复合，且第一陶瓷块通过第三约束层将2个陶瓷单元层粘接一体，而对比例1至对比例3陶瓷层均采用单一的碳化硼陶瓷块，且实施例1在面密度和厚度最轻的前提下，抗弹性能保持最强。

表2

由表2可以看出：陶瓷层采用碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷或2种以上种类陶瓷也可以制得满足防护要求的轻质陶瓷复合防弹装甲板。

综上所述，本发明的复合装甲板通过设置第一陶瓷块，第一陶瓷块由若干陶瓷单元层通过第三约束层固定连接，在不增加其厚度和重量的同时受到背面和侧面的约束力，陶瓷单元层受压应力，有利于各陶瓷层单元层形成多种形式的锥形碎裂，使整个陶瓷层吸收更多能量。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。