[發明專利]由金屬陶瓷熔覆層-金屬組成的復合裝甲板的制備方法

無效

• 申請號: 200910092483.1
• 申請日: 2009-09-16
• 公開（公告）號: CN101658973A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 劉宗德
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;北京華電納鑫科技有限公司
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B23K103/16;B02C17/00;B23K35/40
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，特別涉及一種由金屬陶瓷熔覆層-金屬組成的復合裝甲板的制備方法。

背景技術

裝甲防護是指艦船、坦克、裝甲車輛等為抵御各種戰術武器攻擊而設置的板材結構，裝甲材料主要有金屬、聚合物復合材料、陶瓷材料和反應裝甲等。碳鋼是一種較廉價的金屬裝甲，其缺點是密度大、抗壓強度顯著低于陶瓷材料，大量使用金屬裝甲還會增加艦船、坦克、裝甲車輛的自重。

陶瓷材料由于具有高抗壓強度、低密度等優良特性，已應用于各種裝甲防護結構中。雖然陶瓷類裝甲材料有良好的抗破甲能力，但它的致命缺點是韌性較差，難以獨立作為裝甲防護材料。為了解決這一問題，人們開發了陶瓷與金屬組合的復合裝甲，該復合裝甲利用Al₂O₃、B₄C、Si₃N₄、SiC等類陶瓷做面板，具有良好韌性的金屬或纖維復合材料做背板，陶瓷-金屬之間常用膠粘劑粘接。這種結構利用陶瓷材料的高硬度、高彈性模量來滿足裝甲要求的抗侵徹能力，利用金屬或纖維復合材料的韌性及延展性來滿足裝甲要求的抗沖擊能力和抗崩落能力。但這種簡單的層疊復合結構復合裝甲在抗彈性能方面仍表現出了明顯的不足，其缺點主要如下：在陶瓷-金屬結合面處存在較大波阻抗差，使入射的壓力波在結合面處主要分解為縱向的透射波、反射波以及橫向的剪切應力；縱向反射波以及橫向的剪切應力不僅導致陶瓷面板的進一步碎裂，而且導致在復合裝甲面板和背板的粘接處會出現較大區域的明顯開裂，使復合裝甲在更大面積區域內失去繼續抗彈的能力，從而嚴重影響陶瓷-金屬復合裝甲的抗多發彈能力。

金屬陶瓷是由一種或幾種陶瓷相與金屬相或合金所組成的復合材料，陶瓷相的體積分數一般為15％-85％。與陶瓷材料相比，金屬陶瓷既具金屬的韌性、高導熱性和良好的熱穩定性等優點，又具陶瓷的高抗壓強度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等特性。通過改變金屬陶瓷中陶瓷相的體積分數，可得到所需的強度和韌性。因此，金屬陶瓷在裝甲結構中具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種由金屬陶瓷熔覆層-金屬組成的復合裝甲板的制備方法，解決了陶瓷-金屬復合裝甲抗多發彈能力差等技術難題。

在這種復合裝甲材料中，一面是陶瓷體積分數沿厚度方向連續變化的金屬陶瓷熔覆層，另一面是金屬背板，金屬陶瓷熔覆層與金屬背板為冶金結合。該金屬陶瓷熔覆層由韌性良好的低陶瓷相含量頂層、高陶瓷相含量底層和與基體結合面處的陶瓷擴散層組成。由于各組分材料的體積分數在空間位置上是連續變化、金屬陶瓷熔覆層與金屬背板為冶金結合，使復合裝甲的物理、力學性能沒有突變，從而有效解決傳統陶瓷-金屬復合裝甲在結合面處存在較大波阻抗差、面板和背板的粘接處開裂等問題。

低陶瓷相含量頂層、金屬背板的作用是使高陶瓷相含量底層在正面、背面均受到韌性良好材料的約束。當復合裝甲板受到彈丸撞擊時，由于高陶瓷相含量底層的變形受到約束，高陶瓷相含量底層即便產生大量裂紋也不會崩落，從而達到更有效吸收彈丸能量、增加彈丸駐留時間的目的。基于上述原理，本發明的復合裝甲具有抗多發彈能力。

1、制備金屬陶瓷熔覆層的粉末材料

(1)選用鈦粉、鉬粉、鉻粉、銅粉、石墨碳粉、碳化釩粉、碳化鈮粉作為混合粉末的原料。混合粉末組分的質量分數為：鉬粉(粒度200-300目，純度≥99.5％)：2-5％，鉻粉(粒度100-300目，純度≥99.5％)：1-6％，銅粉(粒度100-300目，純度≥99.5％)：1-2％，石墨碳粉(純度≥99.5％)：12-16.6％，碳化釩粉(粒度200-300目，純度≥99.5％)：6-12％，碳化鈮粉(200-300目，純度≥99.5％)：5-8％，鈦粉(粒度100-200目，純度≥99.5％)：余量，配成混合粉末。混合粉末中，鈦與碳原子比為1∶(0.7-1)范圍。

(2)將混合粉末在干燥箱中干燥3-6小時，干燥溫度為100-120℃，將干燥后的混合粉末放入行星式球磨機中混料4-6小時，形成成分均勻的混合粉末。

2、制備粉芯焊絲

(1)制備高粉末含量的粉芯焊絲。選用鎳箔或鐵箔作為外皮包裹步驟1所述混合粉末形成粉芯焊絲，所述粉芯焊絲外皮所用鎳箔或鐵箔的純度在99.5-99.8％范圍，厚度在60-150μm范圍，寬度在20-40mm范圍、長度為120-300mm。可采用手工包料的方法或制備粉芯焊絲的專用設備制備上述粉芯焊絲。混合粉末在粉芯焊絲中所占的質量分數為70-82％，粉芯焊絲單位長度重量為3-5g/cm。