阅读说明：本技术 陶瓷-钛合金-pe复合防弹甲板及其制备方法 (Ceramic-titanium alloy-PE composite bulletproof deck and preparation method thereof ) 是由 刘媛 王金娥 陈玉华 董明 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：一种陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板及其制备方法,属于武器装备技术领域。该陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板的制备方法包括以下步骤：S1,将钛合金粉与表面镀铝的纳米碳纤维混合均匀,制得钛合金复合粉；S2,将钛合金复合粉平铺在石墨模具上,然后加盖纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片,热压烧结制得陶瓷-钛合金复合甲板；S3,将超高分子量PE板与步骤S2制备的陶瓷-钛合金复合甲板粘接,制得陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板。本发明制备的复合防弹甲板整体结合性好,抵御穿甲弹、穿甲燃烧弹的能力强。(A ceramic-titanium alloy-PE composite bulletproof deck and a preparation method thereof belong to the technical field of weaponry. The preparation method of the ceramic-titanium alloy-PE composite bulletproof deck comprises the following steps: s1, mixing the titanium alloy powder and the carbon nanofiber with the aluminum plated surface uniformly to prepare titanium alloy composite powder; s2, spreading the titanium alloy composite powder on a graphite mold, then covering with a carbon nanofiber toughened boron carbide ceramic sheet, and performing hot-pressing sintering to obtain a ceramic-titanium alloy composite deck; s3, bonding the ultra-high molecular weight PE plate with the ceramic-titanium alloy composite deck prepared in the step S2 to obtain the ceramic-titanium alloy-PE composite bulletproof deck. The composite bulletproof deck prepared by the invention has good integral associativity and strong resistance to armor-piercing bullets and armor-piercing combustion bullets.)

陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种武器装备领域的技术，具体是一种陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板及其制备方法。

背景技术

碳化硼具有低密度、高硬度、强度、弹性模量等优良的性能，在防弹装甲领域的应用越来越广泛。但其抗弯强度和断裂韧性较低，脆性较大，因此限制了碳化硼陶瓷的应用。

中国发明专利申请CN103727842A公开了一种纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板及其制备方法，该方法通过激光焊制备钛合金框架，使用胶黏剂将超高分子量聚乙烯板固定在钛合金框架的型腔里，使用胶黏剂连接碳纤维层和陶瓷层，通过陶瓷表面金属化法实现陶瓷层和金属侧向约束树脂复合板的连接。该专利使用胶黏剂固定聚乙烯板、连接碳纤维层和陶瓷层，胶黏剂为高分子材料，当穿甲弹、穿甲***打到复合防弹板时，产生的高热量会使胶黏剂熔化、失效，复合防弹板失去防弹作用。

中国发明专利申请CN109115037A公开了一种新型复合防弹插板的制备方法，该方法包括：1)将钛合金板或钛板冲压成多曲板为迎弹面板，将钛板冲压成多曲板为背板；2)将芳纶布粘在聚乙烯板上形成芳纶布片过渡层，再粘附陶瓷形成止裂层，固化塑性得内芯；3)将内芯放入背板中，将迎弹面板封盖在背板上进行抽真空焊接密封得防弹插板。该专利中将迎弹面板与钛合金板通过板与板之间焊接获得防弹插板，板与板之间接触面积大，在受到穿甲***高速冲击时，迎弹面板与钛合金板之间结合性变差、易脱落。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板及其制备方法，能够克服碳化硼陶瓷的缺陷，制成的复合防弹甲板整体结合性好，抵御穿甲弹、穿甲***的能力强。

本发明涉及一种陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板的制备方法，包括以下步骤：

S1，将钛合金粉与表面镀铝的碳纤维混合均匀，制得钛合金复合粉；

S2，将钛合金复合粉平铺在石墨模具上，然后加盖纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片，热压烧结制得陶瓷-钛合金复合甲板；

S3，将超高分子量PE板与步骤S2制备的复合甲板粘结，制得陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板。

优选地，钛合金粉的粉体粒度为0.5-500μm，钛元素占钛合金粉重量的50％-99.5％。

优选地，钛合金粉与纳米碳纤维混合的重量比为100:(1-10)。

优选地，纳米碳纤维长度为5-20μm，直径为50-200nm，纤维导热系数大于1200W/(m·k)，纤维表面镀铝层厚度我5-20nm。

优选地，纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片为组合型或整体型结构；进一步优选地，陶瓷片厚度5-100mm。

优选地，热压烧结温度950-1300℃，真空或氩气保护气氛，压力20-50MPa，保温时间10-60min。

本发明涉及一种陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板，采用上述方法制成；优选地，厚度为5.5-150mm。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)将钛合金粉与镀铝的纳米碳纤维混合均匀，增强了热压烧结中钛合金粉与纳米碳纤维的结合性能，可大幅增加烧结后钛合金的韧性；且纳米碳纤维镀铝避免了反应过程中纳米碳纤维过度消耗；

2)热压烧结过程中，钛合金渗入陶瓷颗粒间隙与均匀分布于陶瓷中的纳米碳纤维结合生成TiC，同时少量碳化硼渗入钛合金中与Ti反应生成TiB₂，形成化学键键合的过渡连接区域，保证了热压烧结后钛合金与纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片的连接强度，制得陶瓷-钛合金复合甲板结合性好、弯曲强度与断裂韧性高；

3)陶瓷甲板与钛合金防弹背板组合运用，降低了复合防弹甲板的重量，满足高强度防护装甲轻量化的要求。

附图说明

图1为实施例1中纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片的断面SEM照片；

图2为实施例1中陶瓷-钛合金复合甲板的SEM照片；

图3为实施例1中整体型陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板示意图；

图4为实施例2中组合型陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件进行。

实施例1

本实施例涉及一种单板整体型陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板的制备方法，包括以下步骤：

S1，将250g粒度分布为5-50μm的Ti-6Al-4V合金粉与25g表面镀铝纳米碳纤维(苏州第一元素CNTa，纤维长度5-20μm，直径50-200nm，纤维导热系数大于1200W/(m·k)，纤维表面镀铝层厚度5-20nm)搅拌混合均匀，制得钛合金复合粉；

S2，将上述钛合金复合粉平铺在石墨模具上，然后加盖一层厚度为10mm的纳米碳纤维增韧的纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片(苏州第一元素，密度2.47g/cm³)，在1000℃、50MPa压力下，真空环境中保温10min，使钛合金复合粉与纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片充分反应，制得陶瓷-钛合金复合甲板；经测试，陶瓷-钛合金复合甲板的厚度是11mm，密度是2.92g/cm³；图1为纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片的断面SEM照片，从SEM照片可以看出，纳米碳纤维均匀的分散在陶瓷材料中，在陶瓷断裂时，纳米碳纤维将被拔出，可起到很好的增韧效果；图2是陶瓷-钛合金复合甲板的SEM照片，从SEM照片可以看出，在高温下钛合金与碳化硼陶瓷相互熔渗，渗入陶瓷颗粒间隙的Ti与均匀分布在陶瓷中的纳米碳纤维结合生成TiC，同时少量碳化硼渗入钛合金中与Ti反应生成TiB₂，形成化学键键合的过渡连接区域，从而使纳米碳纤维增韧钛合金与纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片紧密连接；

S3，将厚度6mm的超高分子量PE板(密度0.97g/cm³)与步骤S2制备的复合甲板粘结，制得如图3所示陶瓷-钛合金-PE板复合防弹甲板，包括层叠设置的碳化硼陶瓷层1、纳米碳纤维增强钛合金层2和超高分子量PE板3。

经测试，该陶瓷-钛合金-PE板复合防弹甲板的面密度是35kg/m²，弯曲强度大于700MPa，断裂韧性大于8.0MPa·m^1/2。经6发53式穿甲***枪击(弹速870m/s)，无穿孔，PE板最大变形量BFS(凹陷)小于20mm，满足防弹要求。

实施例2

本实施例涉及一种蜂窝状组合型陶瓷-钛合金-PE复合防弹甲板的制备方法，包括：

步骤1，将250g粒度分布为0.5-50μm的Ti-6Al-4V合金粉与25g表面镀铝纳米碳纤维(苏州第一元素CNTa，纤维长度5-20μm，直径50-200nm，纤维导热系数大于1200W/(m·k)，纤维表面镀铝层厚度5-20nm)搅拌混合均匀，制得钛合金复合粉；

步骤2，将上述钛合金复合粉平铺在有弧面的石墨模具中，然后加盖一层厚度为10mm的正六边形纳米碳纤维增韧的纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片(苏州第一元素，密度2.47g/cm³)，在980℃、50MPa压力下，氩气环境中保温10min；在此过程中，纳米增韧钛合金粉会在正六边形纳米碳纤维增韧碳化硼陶瓷片缝隙之间和底部均形成纳米碳纤维增韧钛合金层，陶瓷-钛合金复合甲板厚度11mm；

步骤3，将厚度6mm的超高分子量PE板(密度0.97g/cm³)与步骤S2制备的复合甲板粘结，制得如图4所示陶瓷-钛合金-PE板复合防弹甲板。

经测试，该陶瓷-钛合金-PE板复合防弹甲板的面密度是36kg/m²，经6发53式穿甲***枪击(弹速870m/s)，无穿孔，PE板最大变形量BFS(凹陷)小于20mm，满足防弹要求。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。