(12)發(fā)明專利(73)專利權(quán)人中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防號院(72)發(fā)明人王榮梁秀兵陳永雄胡振鋒胡海韻公司37221F41H5/02(2006.01)F41H5/007(2006.01)審查員靳宇具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲及其制備方法與應(yīng)用及具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲及其制備種負(fù)泊松比特點的復(fù)合裝甲在局部沖擊荷載作21.一種具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，包括：金屬點陣、陶瓷和樹脂膠，其中，所述金屬點陣為具有空腔的管狀結(jié)構(gòu)，所述空腔被分隔形成內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)，且相鄰內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間通過隔板隔開，所述隔板固定在內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)上；將陶瓷放置在金屬點陣中對應(yīng)形狀的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)中，所述陶瓷和內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間通過樹脂膠粘接；通過樹脂膠填充陶瓷和金屬點陣之間的空隙，設(shè)計特定的空隙填充樹脂膠從而調(diào)節(jié)某個方向的抗沖擊剛度；所述金屬點陣在受到?jīng)_擊的時候，盡可能的將沖擊力轉(zhuǎn)化為對陶瓷的壓力，從而使得金屬點陣與所填充陶瓷之間形成高效匹配；金屬點陣將陶瓷材料隔開，使得彈丸在侵徹過程中需要反復(fù)穿透陶瓷材料和金屬材料，發(fā)揮金屬的韌性與吸能的特點，同時發(fā)揮陶瓷抗壓的特點；所述隔板的材質(zhì)與金屬點陣的材質(zhì)相同；陶瓷被金屬點陣中的隔板隔開，在受到?jīng)_擊時，所述隔板起到阻隔沖擊力向下一陶瓷傳遞的作用，減少被破壞的陶瓷數(shù)量。2.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述金屬點陣3.如權(quán)利要求2所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述鈦合金包4.如權(quán)利要求2所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述裝甲鋼為NP550。5.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述樹脂膠包6.如權(quán)利要求5所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述無機(jī)膠包7.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述陶瓷的材8.如權(quán)利要求7所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述陶瓷的材質(zhì)為無燒結(jié)碳化硅、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅或者熱壓燒結(jié)碳化硅中的任意一種或幾種。9.如權(quán)利要求8所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述無燒結(jié)碳化硅的制備方法為：通過在超細(xì)β-SiC粉體中同時加入適量硼和碳的方法，在2000℃以上的常壓條件下燒結(jié)成密度高于98%的SiC燒結(jié)體，即得；10.如權(quán)利要求8所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的制備方法為：由a-SiC粉和石墨粉按比列混合壓成坯體后，加熱到1645℃-1655℃左右，同時熔滲Si或通過氣相Si滲入坯體，使之與石墨起反應(yīng)生成β-SiC,把原來存在的a-SiC顆粒結(jié)合起來，得到的即為反應(yīng)燒結(jié)碳化硅。11.如權(quán)利要求8所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，其特征在于，所述熱壓燒結(jié)碳化硅的制備方法為：以Mg0、SiO?壓和Y?0?為燒結(jié)助劑，在氬氣氣氛中、1800-1950℃、12.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲的制備方法，其特征在于，步驟為：3(1)將反應(yīng)燒結(jié)碳化硅加工成內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)匹配的形狀，即得到陶瓷，將陶瓷放置在金屬點陣中對應(yīng)形狀的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)中，然后將金屬點陣放到真空袋中，且金屬點陣的一端面放置在樹脂膠中，金屬點陣的另一端抽真空，以使樹脂膠進(jìn)入瓷和內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間的縫隙中；(2)將步驟(1)浸膠后的金屬點陣進(jìn)行固化，完成后即得具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲。13.權(quán)利要求1-11任一項所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲和/或權(quán)利要求12所述的方法制備的產(chǎn)品在軍事設(shè)施、人體防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。4技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及裝甲材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲及其制備方法與應(yīng)用。背景技術(shù)[0002]本發(fā)明背景技術(shù)中公開的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有[0003]裝甲防護(hù)是提高武器裝甲戰(zhàn)場生存力最主要的手段之一，主要用于坦克裝甲車反裝甲武器的出現(xiàn)，裝甲防護(hù)也得到不斷地加強(qiáng)，各種防護(hù)裝甲層出不窮。但是不斷加厚的防護(hù)裝甲加重了武器裝備的重量，大大削弱了武器裝備的機(jī)動性能和戰(zhàn)場生存能力。裝甲防護(hù)技術(shù)的發(fā)展變化是與戰(zhàn)爭需求的發(fā)展相適應(yīng)的。[0004]復(fù)合裝甲，尤其是金屬陶瓷復(fù)合裝甲，是目前主流的重型裝甲。目前，復(fù)合裝甲材料的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：(1)“三明治”結(jié)構(gòu)，陶瓷材料位于金屬層/超高分子量纖維層之徹能力一般，抗沖擊蹦落能力較弱，綜合性能一般。(2)功能梯度結(jié)按特定順序排列形成符合結(jié)構(gòu)，這種復(fù)合裝甲主要通過粉末冶金法、熔滲法、鑄造法等，前者工藝復(fù)雜成本較高，后者兩種工藝相對簡單，價格低廉，這種符合裝甲的抗侵徹能力一般，抗沖擊和蹦落能力優(yōu)良，綜合抗彈效果較好。(3)密排陶瓷結(jié)構(gòu)，打擊能力有所提高，綜合抗彈效果較好。(4)側(cè)向約束結(jié)構(gòu)，其通過粘接和機(jī)械加工工藝結(jié)合的方式制備，工藝簡單，價格低廉，這種復(fù)合裝甲的抗侵徹能力較好，抗沖擊蹦落能力一般，綜合抗彈效果較好。(5)三維約束結(jié)構(gòu)，其采用熱壓、熱等靜壓、抗沖擊蹦落能力優(yōu)良，但存在抗彈性能的不均勻性，綜合抗彈性能優(yōu)良。[0005]綜上，現(xiàn)有的這類結(jié)構(gòu)的復(fù)合裝甲仍然存在以下幾方面的不足：(1)沒有充分利用陶瓷的抗壓性能。(2)陶瓷和金屬在形狀上沒有足夠的配合；(3)現(xiàn)有金屬點陣本身的吸能特性較差。發(fā)明內(nèi)容[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題主要有以下三個方面：(1)金屬-陶瓷復(fù)合裝甲材料/結(jié)構(gòu)/功能一體化設(shè)計問題：也就是說陶瓷和金屬兩種材料需要什么樣的形狀配合，才能使得盡可能大的發(fā)揮金屬的韌性與吸能的特點，同時可以發(fā)揮陶瓷抗壓的特點。(2)防彈裝甲輕量化問題。(3)金屬點陣結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。[0007]為此，本發(fā)明旨在提出一種具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲及其制備方法，具5有這種結(jié)構(gòu)特點的裝甲在受到?jīng)_擊時，使材料向受沖擊的區(qū)域匯集，材料的局部密度瞬間[0008]本發(fā)明的目的之一：提供一種具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲。[0009]本發(fā)明的目的之二：提供具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲的制備方法。[0010]本發(fā)明的目的之三：提供所述具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲的應(yīng)用。[0012]首先，本發(fā)明公開一種具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲，包括：金屬點陣、陶瓷和樹脂膠，其中，所述金屬點陣為具有空腔的管狀結(jié)構(gòu)，所述空腔被分隔形成內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)，且相鄰內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間通過隔板隔開，所述隔板固定在內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)上；所述內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)中填充匹配形狀的陶瓷，所述陶瓷和內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間通過樹脂膠粘接。[0013]其次，本發(fā)明公開所述具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲的制備方法，步[0014](1)將陶瓷放置在金屬點陣中對應(yīng)形狀的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)中，然后將金屬點陣放到真空袋中，且金屬點陣的一端面放置在樹脂膠中，金屬點陣的另一端抽真空，以使樹脂膠進(jìn)入瓷和內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間的縫隙中。[0015](2)將步驟(1)浸膠后的金屬點陣進(jìn)行固化，完成后即得具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲。[0016]最后，本發(fā)明公開所述具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲及其制備方法制備的產(chǎn)品為高強(qiáng)韌耦合的金屬-陶瓷復(fù)合，其可以在軍事設(shè)施、人體防護(hù)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。[0018](1)本發(fā)明設(shè)計的這種負(fù)泊松比特點的復(fù)合裝甲在局部沖擊荷載作用下，材料豎向發(fā)生收縮的同時橫向也會收縮，這樣的設(shè)計使材料向受沖擊的區(qū)域匯集，材料的局部密度瞬間增大，從而起到抵抗沖擊的效果。[0019](2)本發(fā)明設(shè)計的這種負(fù)泊松比特點的復(fù)合裝甲使點陣金屬在受到?jīng)_擊的時候，盡可能的將沖擊力轉(zhuǎn)化為對陶瓷的壓力，從而使得點陣金屬與所填充陶瓷之間形成高效匹配，盡可能大地發(fā)揮金屬的韌性與吸能的特點，同時發(fā)揮陶瓷抗壓的特點，再加上內(nèi)凹的六邊形結(jié)構(gòu)的陶瓷具有的負(fù)泊松比特點，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)陶瓷的抗壓能力。[0020](3)本發(fā)明設(shè)計的復(fù)合裝甲中，陶瓷被金屬點陣中的隔板隔開，一是在受到?jīng)_擊時，隔板可以起到阻隔沖擊力向下一陶瓷傳遞的作用，盡可能減少被破壞的陶瓷數(shù)量。二是在受到?jīng)_擊時，內(nèi)置陶瓷粉碎形成的細(xì)小陶瓷顆粒會反過來侵蝕彈丸，金屬的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)會對粉碎后的陶瓷進(jìn)行擠壓，從而使得陶瓷碎片侵蝕彈丸這一現(xiàn)象更加明顯。金屬點陣將陶瓷材料隔開，使得彈丸在侵徹過程中需要反復(fù)穿透陶瓷材料和金屬材料，發(fā)揮了陶瓷材料的抗壓特性與金屬材料的韌性。[0021](4)本發(fā)明設(shè)計的復(fù)合裝甲中，通過樹脂膠填充陶瓷和金屬點陣之間的空隙，其好處是：1.可以以一個簡潔高效的形式連接金屬與陶瓷的表面；2.與金屬和陶瓷相比，樹脂膠剛度較低，可以設(shè)計特定的空隙，填充樹脂膠從而調(diào)節(jié)某個方向的抗沖擊剛度，從而使得金屬點陣的負(fù)泊松比特性更明顯。附圖說明[0022]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示6意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。[0023]圖1為本發(fā)明實施例中具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲的結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]圖2為本發(fā)明實施例中具有內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)特點的陶瓷的結(jié)構(gòu)示意圖。[0025]圖3為本發(fā)明具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲受力時的形狀變化示意圖。[0026]圖4為彈丸在侵徹具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲時被打擊部位材料密度的變化示意圖。具體實施方式[0028]應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。[0029]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明的上、下、左、右方向一致，并不對結(jié)構(gòu)起限定作用，僅僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件需要具有特定的方位，以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。電連接，可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部連接，或者兩個元件的相互作用關(guān)系，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明的具體含義。[0032]正如前文所述，現(xiàn)有的這類結(jié)構(gòu)的復(fù)合裝甲仍然存在沒有充分利用陶瓷的抗壓性能、陶瓷和金屬在形狀上沒有足夠的配合以及現(xiàn)有金屬點陣本身的吸能特性較差等方面的不足。因此，本發(fā)明提出了一種具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲及其制備方法。[0033]在一些典型的實施方式中，所述金屬點陣的材質(zhì)包括鈦合金、鋁合金、裝甲鋼等等[0034]在一些典型的實施方式中，所述隔板的材質(zhì)與金屬點陣的材質(zhì)相同。[0035]在一些典型的實施方式中，所述陶瓷的材質(zhì)包括碳化硅、碳化硼、氮化硼、氧化鋁[0036]在一些典型的實施方式中，所述樹脂膠包括熱固性環(huán)氧樹脂膠、聚氨酯、α—氰基丙烯酸乙酯、無機(jī)膠等中的任意一種?？蛇x地，所述無機(jī)膠包括硅酸鹽、磷酸鹽等膠黏劑等中的任意一種。[0037]需要說明的是，當(dāng)采用不同的樹脂膠時，固化的方式不同，但都可以采用這種樹脂膠常規(guī)的固化方式進(jìn)行固化；例如，當(dāng)采用熱固性環(huán)氧樹脂膠時，可在真空和高溫高壓條件7[0038]優(yōu)選地，所述陶瓷的材質(zhì)為無燒結(jié)碳化硅、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅或者熱壓燒結(jié)碳化硅中的任意一種或幾種。量硼和碳的方法，在2000℃以上的常壓條件下燒結(jié)成密度高于98%的SiC燒結(jié)體，即得。或[0040]進(jìn)一步地，所述反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的制備方法為：反應(yīng)燒結(jié)SiC又稱自結(jié)合SiC,是由a-SiC粉和石墨粉按比列混合壓成坯體后，加熱到1645℃-1655℃,同時熔滲Si或通過氣相Si滲入坯體，使之與石墨起反應(yīng)生成β-SiC反應(yīng)燒結(jié)碳化硅。[0041]進(jìn)一步地，所述熱壓燒結(jié)碳化硅的制備方法為：以Mg0、SiO?壓和Y?0?為燒結(jié)助劑，[0042]現(xiàn)結(jié)合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說明。[0043]第一實施例，參考圖1、2,示例一種本發(fā)明設(shè)計的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝腔被分隔形成內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)3,且相鄰內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)3之間通過隔板4隔開，所述隔板4固定在內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)3上；所述內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)3中填充匹配形狀的陶瓷2,所述陶瓷2和內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)3之間通過樹脂膠粘接。所述金屬點陣1和隔板4的材質(zhì)均為TC4鈦合金；所述樹脂膠為熱固性環(huán)氧樹脂膠；所述陶瓷為無燒結(jié)碳化硅。[0044]絕大多數(shù)傳統(tǒng)材料具有正泊松比，材料豎向發(fā)生收縮而橫向產(chǎn)生膨脹，而負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)在局部沖擊荷載作用下，材料豎向發(fā)生收縮的同時橫向也會收縮(如圖3所示，其中圖a)為受力前的狀態(tài)，圖b)為材料受力時的狀態(tài))。這樣的設(shè)計使材料向受沖擊的區(qū)域匯集，材料的局部密度瞬間增大(如圖4所示),從而起到抵抗沖擊的效果；同時使得金屬在受到?jīng)_擊的時候，盡可能的將彈丸沖擊力轉(zhuǎn)化為對陶瓷的壓力，從而使得金屬結(jié)構(gòu)與所填充陶瓷可以高效匹配。[0045]第二實施例，實施例1所述的具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲的制備方法，包括如下步驟：[0046](1)無燒結(jié)碳化硅的制備：通過在超細(xì)β-SiC粉體(含氧量小于2)中同時加入硼和碳，在2020℃的常壓條件下燒結(jié)成密度高于98%的SiC燒結(jié)體。[0047](2)將步驟(1)得到的SiC燒結(jié)體加工成內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)匹配的形狀，即得到陶瓷，然后將陶瓷放置在金屬點陣中對應(yīng)形狀的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)中，然后將金屬點陣放到真空袋中，且金屬點陣的一端面放置在樹脂膠中，金屬點陣的另一端抽真空，以使樹脂膠進(jìn)入瓷和內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)之間的縫隙中。所制備的金屬點陣總長320mm、寬300mm、厚30mm。所設(shè)計的內(nèi)凹六邊形負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)高12mm,寬10mm,兩次向內(nèi)測各凹進(jìn)3mm。所使用陶瓷柱與內(nèi)凹六[0048](3)將步驟(1)浸膠后的金屬點陣置于240℃,1.8個大氣壓的真空爐中保持0.5h,使樹脂膠固化，完成后即得具有負(fù)泊松比的金屬陶瓷復(fù)合裝甲。[0049]經(jīng)過測試，本實施例制備的這種復(fù)合裝甲的