[发明专利]一种含透明气凝胶的轻质防弹装甲复合结构

说明书

本发明涉及防弹技术领域，提供了一种含透明气凝胶的轻质防弹装甲复合结构，包括具有多层结构的保护层和单层背弹层，所述保护层的外侧面为迎弹面，保护层的内侧面与所述背弹层的外侧面复合，所述保护层的多层结构包括透明气凝胶层、透明晶体层和无机玻璃层。本发明创新性地提出了包含极低密度、高比表面积纳米多孔气凝胶和高强度透明晶体及无机玻璃复合的装甲结构，该结构在受弹丸冲击过程中，通过纳米多孔气凝胶增强应力波衰减和高强度陶瓷破碎的新结构组合大幅度地提升了吸能效率，打破了一味通过增加面密度提升防弹性能的传统设计思路，有效地解决了低面密度和高抗弹性能间矛盾存在的问题，是透明防护装甲领域的一个重要突破。

技术领域

本发明涉及防弹技术领域，具体涉及一种含透明气凝胶的轻质防弹装甲复合结构。

背景技术

现有防弹透明装甲的结构通常为多层无机玻璃/聚碳酸酯复合结构，具有良好的抗弹性能和光学性能，广泛应用于银行玻璃、高档汽车、装甲车和舰船等。随着科学技术日益进步，对现有装甲的防护性能提出了更高的要求，而提升现有透明防弹装甲的抗弹性能主要通过增加透明装甲的层数和厚度(即面密度)的方式，以提升其遭受弹侵彻过程中的破坏吸能效应，如防12.7口径穿燃弹的透明装甲面密度达200kg/m²，装甲的整体质量过重，虽然这提升了武器装备的防护效能，过重的装甲防护不利于其作战的机动性和整体作战效能的提升，因此，研制出新型的轻质高抗弹性能透明复合装甲是解决这一矛盾的有效途径。

多孔材料由于具有良好的能量吸收特性和能够有效衰减应力波等特点，被广泛应用于具有层合结构的防弹装甲中。气凝胶是一种具有纳米多孔网状结构的低密度材料，其孔隙率高达80％～90％，孔洞尺寸范围为1-100nm，应用于防弹装甲时对其质量的贡献占比极低，甚至可以近似忽略。气凝胶作为一种新型的动能吸收材料在抗冲击和抗弹侵彻等领域表现出了令人欣喜的应用前景，相关研究表明气凝胶/铝合金复合结构中气凝胶起到了良好的吸能效果，能够显著提升防护装甲的抗弹性能。透明气凝胶独特的可见光透光性、高的化学稳定性和热稳定性等综合优势，有望与其它材料通过层合结构设计制造出轻质、高性能透明防护装甲，但是目前鲜有基于气凝胶为吸能层的防弹透明装甲复合结构的相关报道。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种含透明气凝胶的轻质防弹透明装甲复合结构，将轻质、高透明和具有良好吸能效果的气凝胶应用于研制防弹透明装甲，显著地提高了防弹透明装甲复合结构在低面密度下的吸能效率，有效地解决了低面密度和高抗弹性能矛盾存在的问题，提升了整体结构的抗弹性能。

本发明采用以下的技术方案：

一种含透明气凝胶的轻质防弹装甲复合结构，包括具有多层结构的保护层和单层背弹层，所述保护层的外侧面为迎弹面，保护层的内侧面与所述背弹层的外侧面复合，所述保护层的多层结构包括透明气凝胶层、透明晶体层和无机玻璃层。

进一步的，所述保护层的多层结构从迎弹面向内依次为透明气凝胶层、透明晶体层、无机玻璃层或依次为透明晶体层、无机玻璃层、透明气凝胶层、无机玻璃层。

进一步的，所述无机玻璃层为单层或多层无机玻璃。

进一步的，所述多层无机玻璃的整体厚度为5～50mm，单层无机玻璃的厚度为2～16mm。

进一步的，所述透明气凝胶层为具有纳米多孔结构的高透明气凝胶，厚度为1～20mm。

进一步的，所述透明气凝胶层为透明二氧化硅气凝胶。

进一步的，所述透明晶体层为镁铝尖晶石、氮氧化铝和蓝宝石单晶透明陶瓷中的一种的单/多层整片或其多块拼接结构或为单/多层无机玻璃。

进一步的，所述透明晶体层的层厚为3～15mm。

进一步的，所述背弹层为聚碳酸脂、聚酰亚胺、聚氯乙烯等透明高分子材料，背弹层的厚度为3～20mm。