[發明專利]一種碳化硼-鈦合金復合裝甲

在審

• 申請號: 201711025804.7
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107976115A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 夏倫剛;崔毅;趙立;傅肅嘉;方寧象
• 申請（專利權）人: 浙江立泰復合材料股份有限公司
• 主分類號: F41H5/04
• 分類號: F41H5/04
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司33214
• 代理人: 王鵬舉

技術領域

本發明屬于防彈陶瓷領域，具體涉及一種碳化硼-鈦合金復合裝甲。

背景技術

隨著科技的快速發展，戰場上面臨的威脅越來越大，使得防彈裝甲材料日益朝著高硬度、高強度、高韌性、低密度的方向發展。傳統金屬防彈材料由于密度大，使得車輛、船舶和飛機不得不犧牲其有效載荷，同時過厚的裝甲又降低了設備的操作靈活性，因此，輕質防彈材料已經成為目前的研究熱點和發展趨勢。陶瓷材料具有強度高、硬度大、耐高溫、抗氧化、密度低等優良的性能，以及吸能效應、磨損效應、動力學效應等有益于發揮陶瓷材料的抗彈能力，這些特性是金屬材料、高分子材料及其復合材料所不具備的。其中B₄C陶瓷具有比重輕（2.52g/cm³）、硬度高（～36GPa）、彈性模量大（～45GPa），以及良好的化學穩定性等優異性能，是現代輕質高效防彈裝甲首選的抗彈陶瓷，已在美、英等先進國家的士兵防護、軍機防護、車輛防護等領域得到廣泛的應用。鈦合金具有優良的硬度和韌度，其密度也低于裝甲鋼，盡管密度僅是裝甲鋼的60%，但其強度可與均質鋼媲美，韌度也要優于大多數鋁合金裝甲，綜合防護性能比同等重量的均質鋼裝甲優越30%-40%。

B₄C的熔點高達2350℃，純B₄C材料因其高共價鍵含量和低自擴散系數，燒結性較差，通常可以通過添加燒結助劑促進其燒結。另外，B₄C陶瓷的低韌性嚴重影響其抗彈性能。因此可以采取成分及結構復合的方式來提高B₄C陶瓷的韌性。目前B₄C陶瓷的制備主要是熱壓燒結、無壓燒結、反應燒結三種工藝。其中熱壓燒結是制備高性能碳化硼陶瓷的主要方法，一般用細碳化硼粉末在2100℃即可得到相對密度大于98%的碳化硼制品。目前，制備大尺寸陶瓷裝甲仍然面臨較大的困難。

發明內容

為解決以上問題，本發明提供一種碳化硼-鈦合金復合裝甲，該裝甲包括碳化硼陶瓷板和鈦合金，所述鈦合金包裹陶瓷板，所述碳化硼陶瓷板由碳化硼陶瓷片拼接而成，所述碳化硼陶瓷片由碳化硼陶瓷材料熱壓而成，所述碳化硼陶瓷材料包括碳化硼陶瓷基體和石墨烯，所述石墨烯分散在碳化硼陶瓷基體中。

作為優選，所述碳化硼陶瓷片呈正六角形，所述六角形碳化硼陶瓷片表面呈弧形，且碳化硼陶瓷片背部向上凸設有環形陶瓷。

作為優選，所述環形陶瓷與碳化硼陶瓷基體一體成型。

作為優選，所述石墨烯的質量分數占碳化硼陶瓷基體的1%～5%。

作為優選，所述鈦合金為Ti-Al-V-Fe合金。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明提供的碳化硼-鈦合金復合裝甲，石墨烯是二維材料，可通過表面改性和修飾，顯著降低石墨烯層片之間的相互吸引力而避免團聚, 在一些液體介質中有很好的分散性和穩定性，從而可以制備穩定分散的石墨烯溶液，將其與陶瓷基體漿料混合，可得到植入效果良好的石墨烯-陶瓷混合原料，石墨烯是通過釘扎陶瓷界面、誘導裂紋偏轉、分叉以及裂紋橋聯、石墨烯斷裂和拔出吸能等機制起到強化韌化作用。本公司采用自主開發的石墨烯增韌熱壓碳化硼技術，將石墨烯均勻分散在碳化硼粉末中，之后采用熱壓燒結，獲得了性能優良的碳化硼陶瓷材料，加入石墨烯后其抗彎強度從大約350MPa提高到了500MPa以上，綜合防彈性能大大增強。將碳化硼陶瓷用鈦合金澆注，形成鈦合金四面包覆碳化硼的整體結構。該技術的優點：一、工藝成熟，工序簡單，能夠澆注復雜形狀和凈近成形產品；

將碳化硼陶瓷用鈦合金澆注，形成鈦合金四面包覆碳化硼的整體結構。該技術的優點：一、工藝成熟，工序簡單，能夠澆注復雜形狀和凈近成形產品；能夠最大限度地保持陶瓷和鈦合金的各自特性，充分發揮碳化硼陶瓷輕質高硬和鈦合金高強高韌的優點；鈦合金對陶瓷板的三維約束結構能有效減緩碳化硼陶瓷脆性對材料的不利影響；六角形陶瓷片的設計有利于陶瓷片的合理排布和緊密結合，以及相互約束，有利于制備大尺寸的防彈裝甲。陶瓷背面的圓形凸起的陶瓷片使鈦合金對陶瓷的約束更牢固，提高其抗多發彈性能；高硬度的碳化硼陶瓷和高強度的鈦合金結合成一體結構，為制備高性能復合防彈裝甲開拓了新的途徑。

正六角形陶瓷模具得到的六角形陶瓷片的設計有利于陶瓷片的合理排布和緊密結合，以及相互約束，方便陶瓷板的拼接有利于制備大尺寸的防彈裝甲。

附圖說明

圖1為本發明提供的造粒機的結構示意圖；

圖2為本發明提供的陶瓷片的俯視圖；

圖3為本發明提供的陶瓷片的側視圖；