抗弹陶瓷表层板及其制备方法
技术领域
本发明属于防弹陶瓷材料技术领域，特别是涉及一种抗弹陶瓷表层板及其制备方法。
背景技术
防弹复合结构材料常采用的结构材料是陶瓷片和纤维板粘合，陶瓷片有足够的硬度用以破坏弹头结构，但陶瓷材料的韧性有限，需要一定的厚度才能抵御弹头的冲击。弹头内的钢芯一般动态抗压强度高于抗拉强度，而弹头开坑产生的应力波强度远高于陶瓷的抗压强度，因此弹头体侵彻陶瓷挤压穿过的是破碎陶瓷的倒锥体。目前，防弹的陶瓷片都做成准平面，对弹头的防护近似正侵彻，侵彻过程类似对称挤压穿甲，弹头中的钢芯承受的是挤压力和剪切力，相对于钢芯质心的横向弯矩很小，不足以破坏钢锥尖端，导致陶瓷片的厚度及质量要求高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种让弹头在侵彻过程中偏航、使弹头钢锥体承受巨大的弯曲拉应力的抗弹陶瓷表层板及其制备方法。
本发明提供的这种抗弹陶瓷表层板，它包括抗弹单体，抗弹单体包括底柱和抗弹表层，抗弹表层的内端面为平面或曲面、外端面为凸面，抗弹表层以其内端面与底柱连为一体、以其外端面将入射弹头的正侵彻转变为物理斜侵彻；各抗弹单体通过粘结或烧结构成抗弹陶瓷表层板。
为了取得压力稳定传递的效果，所述底柱为正六棱柱，各底柱以其侧面互连成蜂窝组织。
为了便于加工、烧结，所述抗弹表层为球冠层，其直径大于所述底柱的外切圆的直径。
为了利于控制斜侵彻的角度，所述抗弹表层为多锥体层。
具体的，所述多锥体层包括六个锥面，包括一对四面体和一个五面体；五面体的底面为长方形，其长度等于底柱内切圆直径的长度、其宽度等于底柱的边长；五面体对中设置于所述底柱上，一对四面体对称布置于五面体两侧。
或者，所述多锥体层包括沿底柱周缘布置于的六个凹面和六个凸面；凹面为梯形斜面，其下底为底柱的边长，凸面为三角面，其底边为凹面的上底。
本发明还提供了一种抗弹陶瓷表层板的制备方法，该方法按如下步骤进行：
步骤一、用模具压制陶瓷粉体成抗弹单体坯或单体组合坯或抗弹陶瓷表层板整坯；
步骤二、采用常压烧结方法，制成抗弹陶瓷单体或抗弹陶瓷组合体或抗弹陶瓷表层板；
步骤三、用粘结或烧结的方法将单体群或组合体群构成抗弹陶瓷表层板。
本发明在制备完成投入使用后，通过抗弹表层外端的凸面将入射弹头的几何正侵彻转变为实际的物理斜侵彻，让弹头在侵彻过程中偏航及钢锥体承受巨大的弯曲拉应力，从而破坏钢锥尖、增大有效拦截面积、消耗更多弹头动能，有效增加防护厚度和面积，是防弹材料减重的有效方法。
附图说明
图1为本发明优选实施例一的俯视示意图。
图2为优选实施例一中抗弹单体的主视放大示意图。
图3为优选实施例二中抗弹单体的主视放大示意图。
图4为优选实施例二中抗弹单体的侧视放大示意图。
图5a、图5b、图5c为优选实施例二中抗弹表层Ⅱ锥面的制备过程示意图。
图6为本发明优选实施例二的俯视示意图。
图7为本发明优选实施例三的俯视示意图。
图8为优选实施例三中抗弹单体的主视放大示意图。
图9a、图9b、图9c、图9d为优选实施例二中抗弹表层Ⅲ锥面的制备过程示意图。
图示序号：
1—多体单片陶瓷，11—抗弹单体，A—底柱，B—抗弹表层；
B1—抗弹表层Ⅱ，C—正六边形陶瓷片；
B2—抗弹表层Ⅲ。
具体实施方式
优选实施例一，如图1所示，本实施例公开的这种抗弹陶瓷表层板，它由多体单片陶瓷1粘接而成，每块多体单片陶瓷包括烧结在一起的四个抗弹单体11。
如图2所示，抗弹单体11包括底柱A和抗弹表层B，底柱为正六棱柱，抗弹表层为球冠层，底柱与球冠层的交线是弧线。正六棱柱对边为10mm，这时球冠的直径可选大于11.55mm，球冠层高度可小于5.77mm，从而调整球冠层厚度与六棱柱高度，最终得到合适的抗弹单体厚度。
这种表层板的详细制备方法为：
步骤一、制备正六棱柱型陶瓷球冠六棱柱；
步骤二、将包括多个单体的陶瓷片粘接成陶瓷表层板。
制备时还可以直接将抗弹单体直接烧结成陶瓷表层板。
将底柱设计为正六棱柱，各棱柱之间通过侧面相互连为一体形成蜂窝组织，以使其具有蜂窝组织的压力稳定与传递的特征；抗弹表层选择球冠外形以便加工。
抗弹时，通过球冠层的作用实现当弹头空间正入射时，实际作用在陶瓷板上是斜侵彻，弹头的偏航及横向弯矩将导致弹头的折损及防弹板拦截面积的增大，从而提高防弹板的防弹性能及减轻防弹板的重量。
优选实施例二，如图3、图4所示，本实施例与优选实施例一的区别在于：抗弹表层ⅡB1为多锥体层，它包括六个锥面，包括一对四面体和一个五面体；五面体的底面为长方形，其长度等于底柱内切圆直径的长度、其宽度等于底柱的边长；五面体对中设置于所述底柱上，一对四面体对称布置于五面体两侧。制备时先烧制正六边形陶瓷片C，本实施例中如果正六边形对边长为20mm，取多锥体高度为4mm，这时多锥体对应的入射角在31°～39°之间；若取多锥体高度为5mm，这时多锥体对应的入射角在41°～45°之间。角度越大，弹头偏航越厉害，陶瓷对弹头提供的弯矩越大。
将正六边形陶瓷片沿其内切圆直径两端的顶点连线切割，切割为一对等腰三角形和一个长方形，在将长方形沿其宽度方向中心线切割出一对梯形和一对等腰三角形，制备出六个锥面，最后将各锥面连接于与底柱对应底边上。这种结构方式便于完成抗弹表层Ⅱ与底柱拼接，锥面制备过程如图5a—5c所示。
本实施例制备所得抗弹陶瓷表层板如图6所示。
抗弹时，通过六个锥体的设置实现当弹头空间正入射时，实际作用在陶瓷板上是斜侵彻，弹头的偏航及横向弯矩将导致弹头的折损及防弹板拦截面积的增大，从而提高防弹板的防弹性能及减轻防弹板的重量。
本实施例将，抗弹表层设计为六个锥体的结构形式，相较于球冠型单体，能较好控制有效弹头入射角。
优选实施例三，如图7、图8所示，本实施例与优选实施例一的区别在于：抗弹表层ⅢB2为多锥体层，它包括十二个锥面，十二个锥面包括沿底柱周缘布置于的六个凹面和六个凸面；凹面为梯形斜面，其下底为底柱的边长，凸面为三角面，其底边为凹面的上底。制备十二个锥面时，先烧制正六边形陶瓷片C如果正六边形对边长为20mm，取多锥体高度为4mm，这时多锥体对应的入射角在31°～39°之间；若取多锥体高度为5mm，这时多锥体对应的入射角在41°～45°之间。角度越大，弹头偏航越厉害，陶瓷对弹头提供的弯矩越大。
然后在正六边形陶瓷片上画其内切圆的同心圆，其次连接正六边形外切圆的三条直径，直径与同心圆存在六个交点，得到以正六边形两顶点以及一对交点为四顶点的等腰梯形，以及两交点为底点、圆心为顶点的等腰三角形，将正六边形陶瓷片切割成六个等腰梯形片和六个等腰三角形片，再将等腰梯形片的下底与底柱的边贴合、上底下倾，等腰三角形片的顶点上翘围成十二锥体。锥面制备过程如图9a—9d所示。
相较于六个锥体以及球冠型而言，十二个锥体的对称性及均匀性较好。
本发明在制备完成投入使用后，通过抗弹表层外端的凸面将入射弹头的几何正侵彻转变为实际的物理斜侵彻，让弹头在侵彻过程中偏航及钢锥体承受巨大的弯曲拉应力，从而破坏钢锥尖、增大有效拦截面积、消耗更多弹头动能，有效增加防护厚度和面积，是防弹材料减重的有效方法。可用于陶瓷纤维复合板、陶瓷轻金属复合板等装备中，可大大提高抗弹性能，减轻装甲重量，是装备轻量化结构设计的一项有效措施。
