[發明專利]組成漸變的金屬-陶瓷結構體及其制造方法

在審

• 申請號: 201810900337.6
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109458879A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: B·Z·森德羅斯;D·L·科德;J·R·多布斯;A·約瑟費亞妮
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: F41H5/04
• 分類號: F41H5/04;F41H7/04;B64G1/52;B64D7/00;B22F3/15;C22C1/05
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;解延雷

本發明提供了組成漸變的金屬?陶瓷結構體及其制造方法。本發明的組成漸變的結構體包括主體，其具有第一主表面和沿厚度軸與第一主表面相對的第二主表面，所述主體包括金屬組分和陶瓷組分，其中，所述主體中陶瓷組分的濃度是所述主體內沿厚度軸的位置的函數，其中，主體中陶瓷組分的濃度的變化是連續的，使得在所述主體內在宏觀上不會建立明確的界面，并且其中，陶瓷組分的濃度在所述主體內沿厚度軸的至少一個位置處為至少95體積％。

技術領域

本申請涉及組成漸變(compositionally graded)的金屬-陶瓷結構體，更具體而言，涉及通過組成漸變的金屬-陶瓷結構體的高能沖擊防護。

背景技術

對于各種應用，通常需要高能量沖擊防護。作為一個實例，航天器遇到各種空間碎片，例如微流星體和人造軌道碎片。因此，航天器通常包括高能沖擊防護層，以減輕與空間碎片碰撞相關的風險。作為另一實例，諸如航空器(例如直升機)和地面車輛(例如，軍用和執法車輛)等某些類型的地上運載器(terrestrial vehicle)裝甲化以防止射擊威脅。

在射擊威脅的情況下，現有技術的裝甲通常由陶瓷材料(例如氧化鋁、碳化硅和碳化硼)構成，其易于使射彈鈍化、侵蝕、減速和偏轉。氧化鋁成本相對較低，但需要更高的面積密度才能獲得有效的防護，從而限制了氧化鋁基裝甲在地上運載器中的使用。當重量是一個重要的考慮因素(例如針對航空器)時，通常使用更昂貴的碳化硼基裝甲。

遺憾的是，用于制造現有技術的裝甲的陶瓷材料相對較重，從而增加了運載器燃料消耗并限制了有用的應用。這種陶瓷材料還存在制造性問題，這增加了總成本并限制了制造選擇。此外，現有技術的裝甲的陶瓷材料在沖擊時易于破碎，留下很少材料或沒有材料阻礙隨后的沖擊。因此，現有技術的裝甲相對致密/沉重，但僅提供有限的多次打擊防護。

因此，本領域技術人員繼續在高能沖擊防護領域中進行研究和開發。

發明內容

在一個實例中，本發明的組成漸變的結構體包括主體，所述主體具有第一主表面和沿厚度軸與所述第一主表面相對的第二主表面，所述主體包括金屬組分和陶瓷組分，其中，所述主體中的所述陶瓷組分的濃度是所述主體內沿所述厚度軸的位置的函數，其中，所述主體中的所述陶瓷組分的濃度的變化是連續的，使得在所述主體內在宏觀上不會建立明確的界面，并且其中，所述陶瓷組分的濃度在所述主體內沿所述厚度軸的至少一個位置處為至少95體積％。

在一個實例中，本發明的裝甲面板包括組成漸變的結構體和抗爆裂層。所述組成漸變的結構體包括主體，所述主體具有第一主表面和沿厚度軸與所述第一主表面相對的第二主表面，所述主體包括金屬組分和陶瓷組分，其中，所述主體中的所述陶瓷組分的濃度是所述主體內沿所述厚度軸的位置的函數，其中，所述主體中的所述陶瓷組分的濃度的變化是連續的，使得在所述主體內在宏觀上不會建立明確的界面，并且所述陶瓷組分的濃度在所述主體內沿所述厚度軸的至少一個位置處為至少95體積％。所述抗爆裂層與所述主體的所述第二主表面相鄰。

在一個實例中，本發明的用于制造組成漸變的結構體的方法包括以下步驟：(1)組裝至少包括第一粉狀材料和第二粉狀材料的粉末疊層(powder layup)，所述第一粉狀材料包括陶瓷組分，所述第二粉狀材料包括金屬組分，所述粉末疊層包括：(a)具有第一濃度的所述陶瓷組分的第一層；(b)具有第二濃度的所述陶瓷組分和第一濃度的所述金屬組分的第二層；和(c)具有第三濃度的所述陶瓷組分和第二濃度的所述金屬組分的第三層；(2)壓制所述粉末疊層以產生壓實體；和(3)對所述壓實體進行熱處理。

根據以下具體實施方式、附圖和所附權利要求，本發明的組成漸變的金屬-陶瓷結構體、裝甲面板和方法的其它實例將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是本發明的組成漸變的結構體的一個實例的示意性截面圖；

圖2是圖1的組成漸變的結構體的組成分布(體積％相對于位置)的圖示；