[发明专利]由金属陶瓷熔覆层-金属组成的复合装甲板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种由金属陶瓷熔覆层-金属组成的复合装甲板的制备方法。

背景技术

装甲防护是指舰船、坦克、装甲车辆等为抵御各种战术武器攻击而设置的板材结构，装甲材料主要有金属、聚合物复合材料、陶瓷材料和反应装甲等。碳钢是一种较廉价的金属装甲，其缺点是密度大、抗压强度显著低于陶瓷材料，大量使用金属装甲还会增加舰船、坦克、装甲车辆的自重。

陶瓷材料由于具有高抗压强度、低密度等优良特性，已应用于各种装甲防护结构中。虽然陶瓷类装甲材料有良好的抗破甲能力，但它的致命缺点是韧性较差，难以独立作为装甲防护材料。为了解决这一问题，人们开发了陶瓷与金属组合的复合装甲，该复合装甲利用Al₂O₃、B₄C、Si₃N₄、SiC等类陶瓷做面板，具有良好韧性的金属或纤维复合材料做背板，陶瓷-金属之间常用胶粘剂粘接。这种结构利用陶瓷材料的高硬度、高弹性模量来满足装甲要求的抗侵彻能力，利用金属或纤维复合材料的韧性及延展性来满足装甲要求的抗冲击能力和抗崩落能力。但这种简单的层叠复合结构复合装甲在抗弹性能方面仍表现出了明显的不足，其缺点主要如下：在陶瓷-金属结合面处存在较大波阻抗差，使入射的压力波在结合面处主要分解为纵向的透射波、反射波以及横向的剪切应力；纵向反射波以及横向的剪切应力不仅导致陶瓷面板的进一步碎裂，而且导致在复合装甲面板和背板的粘接处会出现较大区域的明显开裂，使复合装甲在更大面积区域内失去继续抗弹的能力，从而严重影响陶瓷-金属复合装甲的抗多发弹能力。

金属陶瓷是由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料，陶瓷相的体积分数一般为15％-85％。与陶瓷材料相比，金属陶瓷既具金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性等优点，又具陶瓷的高抗压强度、耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。通过改变金属陶瓷中陶瓷相的体积分数，可得到所需的强度和韧性。因此，金属陶瓷在装甲结构中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由金属陶瓷熔覆层-金属组成的复合装甲板的制备方法，解决了陶瓷-金属复合装甲抗多发弹能力差等技术难题。

在这种复合装甲材料中，一面是陶瓷体积分数沿厚度方向连续变化的金属陶瓷熔覆层，另一面是金属背板，金属陶瓷熔覆层与金属背板为冶金结合。该金属陶瓷熔覆层由韧性良好的低陶瓷相含量顶层、高陶瓷相含量底层和与基体结合面处的陶瓷扩散层组成。由于各组分材料的体积分数在空间位置上是连续变化、金属陶瓷熔覆层与金属背板为冶金结合，使复合装甲的物理、力学性能没有突变，从而有效解决传统陶瓷-金属复合装甲在结合面处存在较大波阻抗差、面板和背板的粘接处开裂等问题。

低陶瓷相含量顶层、金属背板的作用是使高陶瓷相含量底层在正面、背面均受到韧性良好材料的约束。当复合装甲板受到弹丸撞击时，由于高陶瓷相含量底层的变形受到约束，高陶瓷相含量底层即便产生大量裂纹也不会崩落，从而达到更有效吸收弹丸能量、增加弹丸驻留时间的目的。基于上述原理，本发明的复合装甲具有抗多发弹能力。

1、制备金属陶瓷熔覆层的粉末材料

(1)选用钛粉、钼粉、铬粉、铜粉、石墨碳粉、碳化钒粉、碳化铌粉作为混合粉末的原料。混合粉末组分的质量分数为：钼粉(粒度200-300目，纯度≥99.5％)：2-5％，铬粉(粒度100-300目，纯度≥99.5％)：1-6％，铜粉(粒度100-300目，纯度≥99.5％)：1-2％，石墨碳粉(纯度≥99.5％)：12-16.6％，碳化钒粉(粒度200-300目，纯度≥99.5％)：6-12％，碳化铌粉(200-300目，纯度≥99.5％)：5-8％，钛粉(粒度100-200目，纯度≥99.5％)：余量，配成混合粉末。混合粉末中，钛与碳原子比为1∶(0.7-1)范围。

(2)将混合粉末在干燥箱中干燥3-6小时，干燥温度为100-120℃，将干燥后的混合粉末放入行星式球磨机中混料4-6小时，形成成分均匀的混合粉末。

2、制备粉芯焊丝

(1)制备高粉末含量的粉芯焊丝。选用镍箔或铁箔作为外皮包裹步骤1所述混合粉末形成粉芯焊丝，所述粉芯焊丝外皮所用镍箔或铁箔的纯度在99.5-99.8％范围，厚度在60-150μm范围，宽度在20-40mm范围、长度为120-300mm。可采用手工包料的方法或制备粉芯焊丝的专用设备制备上述粉芯焊丝。混合粉末在粉芯焊丝中所占的质量分数为70-82％，粉芯焊丝单位长度重量为3-5g/cm。