[发明专利]装甲材料及其制备方法

说明书

本发明概括地说涉及装甲，尤其是基于玻璃材料或玻璃陶瓷材料的抗高动态冲击载荷的装甲。

装甲通常制成含有硬质材料和基材或背衬的层状结构。例如芳族聚酰胺(Armide)纤维织物、钢网或其它钢板可用作基材。这些装甲可用于例如个人防护例如防弹背心或用于物体防护比如车辆和飞行装置。在所有这些使用领域中，使装甲具有高强度并且避免过重很重要。

US4,473,653A公开了含有铝硅酸锂玻璃陶瓷的装甲及其制备。还已知使用含有碳化硼的装甲保护飞行装置例如直升机。为此，通常使用含有氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B₄C)和硼化钛(TiB₂)的陶瓷。这些材料相对较轻，但是由于制备复杂所以非常昂贵。US5,763,813A公开了由陶瓷复合材料制成的装甲。

在多层陶瓷材料用于防弹装甲的情况下，例如抗高动态冲击载荷比如弹体打击的装甲，通常存在陶瓷仍然具有一定的孔隙率的问题。在这种情况下孔成为在弹体打击下有助于裂纹扩展的弱点。特别是使用陶瓷复合材料时，该问题仍然出现，而且由于陶瓷材料在烧结时无法流动，陶瓷基体经常不能完好地包容另外的相，例如包埋的纤维。因此陶瓷材料中的孔隙率会增加。此外，许多适用于装甲的陶瓷材料重量很大。例如，氧化铝陶瓷的密度为约4g/cm³。

因此，本发明的目的在于提供可承受例如撞击的高动态冲击载荷的装甲，其重量轻并且与陶瓷复合材料相比具有改善的更致密的显微结构。独立权利要求的主题以相当简单的方式表明了该目的。本发明的有利的改进和发展在各个从属权利要求中得以详细说明。

因此本发明提供一种优选为板状的抗高动态冲击载荷的装甲或铠甲，其包括至少含有两相的复合材料，第一相形成第二相的基体并且第一相为玻璃或玻璃陶瓷，而第二相以颗粒和/或纤维的形式包埋并分布于由第一相材料形成的基体中。该装甲通过将纤维和/或颗粒与形成玻璃或玻璃陶瓷的粉末材料混合，并且加热该混合物使得由形成玻璃或玻璃陶瓷的材料形成填充于纤维和/或颗粒之间空隙的可流动的玻璃或玻璃陶瓷相，从而在冷却后纤维和/或颗粒包埋并分布于固化的玻璃或玻璃陶瓷相中。

与常规陶瓷装甲相比，该材料的优点为：由于形成玻璃或玻璃陶瓷的材料具有流动性，与烧结陶瓷时相比，复合体的至少一种另外的相的纤维和/或颗粒之间的空隙可得以更充分地、有效地填充。由于玻璃或玻璃陶瓷在其结晶过程中至少为半流体，本发明的方法还可称为液相烧结。从而，以低孔隙分数在第二相纤维和/或颗粒之间实现致密填充。在这种情况下可以获得具有所使用组分的无孔体理论密度99％以上的复合材料密度。此外，本发明的本质优点在于，使用所述的玻璃或玻璃陶瓷复合体，即使在玻璃或玻璃陶瓷基体中使用钢颗粒或钢纤维时，材料的密度仍然可以保持在低于3.5g/cm³。如果使用钢纤维以外的颗粒或纤维，例如钢颗粒，材料的密度甚至可以进一步降低。因此，材料在轻质方面优于许多陶瓷装甲。

特别地，更致密的显微结构可以使两相之间也就是纤维/颗粒和玻璃或玻璃陶瓷基体之间获得更好的连接。从而可以获得抗例如弹体打击时产生的高动态机械载荷的高断裂韧性。下述的本发明的所有改进的共同特征是装甲材料是由其各个组分添加性地制成。

为了制备本发明的多相装甲，将各组分混合并对混合物进行热处理。具体而言，有许多不同的方法可以制备含有玻璃或玻璃陶瓷的多相材料。一种优选的方式为通过热等静压混合物制备装甲。在热等静压过程中施加到混合物上的压力有助于玻璃质材料的流动。在对本发明的这个实施方案的改进中，可以干压处理部分混合物。随后在进一步的制备步骤中通过热等静压完成压制的成型体。或者，也可以制备混合物的预制体或预浸渍体作为预制产品，并且随后单向(uniaxially)热压预制体。

在每种情况下，可首先通过冷等静压由混合物制成预制体，然后以例如热等静压方式或在单向热压下或不加压进行加热烧结。在冷等静压的情况下，将至少500大气压，优选至少200大气压的压力施加到混合物上以在烧结前获得尽可能致密的显微结构。