一种抗爆抗冲击多层结构板材及其一体化制备方法技术

一种抗爆抗冲击多层结构板材及其一体化制备方法，本发明专利技术涉及一种抗爆抗冲击多层结构板材及其一体化制备方法。本发明专利技术是要解决传统多孔吸能材料功能单一，抗冲击性能差，抗爆抗冲击结构界面结合弱的问题。它由中高体分B4C/Al复合材料、空心微珠/Al复合材料以及纤维增强树脂基复合材料组成。方法：一、铺陈B4C粉体，振动并加压；二、在B4C/Al预制体上铺陈空心微珠，加压；三、熔融铝液，将铝液压入预制体中，保压，脱模；四、纤维复合材料背板粘接，得到多层结构。结构含有高强度B4C/Al面板层，高吸能空心微珠/Al中间层以及高韧性纤维复合材料背板层。本发明专利技术可用于抗爆抗冲击军用方舱或快速拆卸营房。卸营房。卸营房。

【技术实现步骤摘要】
复合材料；
[0011]五、“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料经过表面清洁后，放置于热压罐中，在压力≤1.5MPa的条件下将“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料与纤维增强树脂基复合材料层连接，得到抗爆抗冲击多层结构板材。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术以中高体分的B4C/Al作为抗冲击面板，通过其高硬度、高强度和低密度的特点，主要用于破坏模拟弹体或爆炸破片，具有一定塑性的B4C/Al复合材料作为面板，相比于陶瓷材料等还具有更好的抗爆炸冲击波的能力；轻质高强的空心微珠/Al作为中间吸能层，主要是通过塑性变形，空心微珠的坍塌吸能，吸收爆炸冲击波和高速破片的能量；B4C/Al和空心微珠/Al复合材料为一体化制备，两层材料界面为冶金结合，具有优异的界面结合强度，这在抵抗枪弹、高速破片或爆炸冲击波时可以提供界面剪切耦合，充分发挥整体的防护效能；轻质高强的纤维复合材料作为背板层，主要用于捕捉枪弹、高速破片或前两层结构的碎片，保证整体结构不被贯穿。高性能的材料、优异的界面结合、合理的结构布局保证了结构在低面密度的情况下，具备优异的抗爆和抗冲击能力。
附图说明
[0014]图1为抗爆抗冲击多层结构板材结构示意图；其中
①
为B4C/Al复合材料层，
②
为空心微珠/Al层，
③
为纤维复合材料层，其中B4C/Al复合材料和空心微珠/Al为一体化制备得到。
具体实施方式
[0015]具体实施方式一：本实施方式一种抗爆抗冲击多层结构板材由中高体分B4C/Al复合材料、空心微珠/Al复合材料和纤维增强树脂基复合材料组成，所述中高体分B4C/Al复合材料作为面板材料、空心微珠/Al复合材料作为中间吸能层、纤维增强树脂基复合材料作为背板吸能层；所述中高体分B4C/Al复合材料中B4C的体积分数为40～70％，厚度为5～20mm；所述空心微珠/Al复合材料中空心微珠的体积分数为45～65％，厚度为10～30mm；所述纤维增强树脂基复合材料的厚度为8～20mm。
[0016]本实施方式可用于抗爆抗冲击军用方舱或快速拆卸营房。
[0017]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述中高体分B4C/Al复合材料中B4C颗粒的粒径尺寸为5～150μm。其他与具体实施方式一相同。
[0018]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述空心微珠/Al复合材料中空心微珠增强体为粉煤灰或空心Al2O3，空心微珠增强体的粒径为50～250μm，空心微珠增强体为空心结构，壁厚为1～20μm。其他与具体实施方式一相同。
[0019]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述中高体分B4C/Al复合材料和空心微珠/Al复合材料通过压力浸渗工艺一体化制备，宏观界面为冶金结合。其他与具体实施方式一相同。
[0020]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述中高体分B4C/Al复合材料和空心微珠/Al复合材料中的铝基体为Al
‑
Si系合金、1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金、6xxx系铝合金或7xxx系铝合金。其他与具
体实施方式一相同。
[0021]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述纤维增强树脂基复合材料为芳纶、玻纤或超高分子量聚乙烯复合材料。其他与具体实施方式一相同。
[0022]具体实施方式七：本实施方式一种抗爆抗冲击多层结构板材的一体化制备方法是按以下步骤进行：
[0023]一、烘干过筛的B4C粉体按照设计厚度铺陈于模具中，通过振动台振实，然后施加10～50Mpa的压力，冷压得到B4C/Al复合材料预制体；
[0024]二、烘干过筛的空心微珠粉体按照设计厚度铺陈于B4C/Al复合材料预制体上，再次施加2～20MPa的压力，冷压得到“B4C/Al+空心微珠/Al”预制体；
[0025]三、将含铝材料在温度为750～950℃条件下熔炼4～8h，得到含铝熔液；所述含铝材料为铝或铝合金；
[0026]四、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到“B4C/Al+空心微珠/Al”预制体的间隙中，在压力为10～100MPa的条件下保压30min后直接脱模，得到“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料；
[0027]五、“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料经过表面清洁后，放置于热压罐中，在压力≤1.5MPa的条件下将“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料与纤维增强树脂基复合材料层连接，得到抗爆抗冲击多层结构板材。
[0028]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤二中施加的压力小于步骤一中施加的压力。其他与具体实施方式七相同。
[0029]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤五中“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料与纤维增强树脂基复合材料层连接通过粘接剂粘接，所述粘接剂为环氧树脂或热熔胶膜。其他与具体实施方式七相同。
[0030]具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤五中“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料与纤维增强树脂基复合材料层连接通过钻孔实现铆接，得到“B4C/Al+空心微珠/Al+纤维复合材料”三层结构抗爆抗冲击结构，通过铆接的形式拼接形成方舱大板。其他与具体实施方式七相同。
[0031]具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤一中所用的模具为钢模具或包含石墨芯模的钢模具，石墨芯模的形状为圆形或长方形。其他与具体实施方式七相同。
[0032]采用以下实施例验证本专利技术的有益效果：
[0033]实施例一：抗爆抗冲击多层结构板材的一体化制备方法是按以下步骤进行：
[0034]一、烘干过筛的B4C粉体按照设计厚度铺陈于模具中，通过振动台振实，然后施加20Mpa的压力，冷压得到B4C/Al复合材料预制体，B4C粉体粒径20μm，B4C含量55vol.％，该层设计厚度8mm；
[0035]二、烘干过筛的空心微珠粉体按照设计厚度铺陈于B4C/Al复合材料预制体上，5MPa的压力，冷压得到“B4C/Al+空心微珠/Al”预制体，空心微珠为粉煤灰，粉煤灰粒径150μm，壁厚5μm，空心微珠含量60vol.％，该层设计厚度15mm；
[0036]三、将含铝材料在温度为800℃条件下熔炼4～8h，得到含铝熔液；所述含铝材料为AlSi12合金；
[0037]四、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到“B4C/Al+空心微珠/Al”预制体的间隙中，在压力为50MPa的条件下保压30min后直接脱模，得到B4C/Al+空心微珠/Al复合材料；
[0038]五、“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料经过表面清洁后，放置于热压罐中，在压力≤1.5MPa的条件下将“B4C/Al+空心微珠/Al”复合材料与芳纶纤维复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗爆抗冲击多层结构板材，其特征在于抗爆抗冲击多层结构板材由中高体分B4C/Al复合材料、空心微珠/Al复合材料和纤维增强树脂基复合材料组成，所述中高体分B4C/Al复合材料作为面板材料、空心微珠/Al复合材料作为中间吸能层、纤维增强树脂基复合材料作为背板吸能层；所述中高体分B4C/Al复合材料中B4C的体积分数为40～70％，厚度为5～20mm；所述空心微珠/Al复合材料中空心微珠的体积分数为45～65％，厚度为10～30mm；所述纤维增强树脂基复合材料的厚度为8～20mm。2.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击多层结构板材，其特征在于所述中高体分B4C/Al复合材料中B4C颗粒的粒径尺寸为5～150μm。3.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击多层结构板材，其特征在于所述空心微珠/Al复合材料中空心微珠增强体为粉煤灰或空心Al2O3，空心微珠增强体的粒径为50～250μm，空心微珠增强体为空心结构，壁厚为1～20μm。4.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击多层结构板材，其特征在于所述中高体分B4C/Al复合材料和空心微珠/Al复合材料通过压力浸渗工艺一体化制备，宏观界面为冶金结合。5.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击多层结构板材，其特征在于所述中高体分B4C/Al复合材料和空心微珠/Al复合材料中的铝基体为Al
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Si系合金、1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金、6xxx系铝合金或7xxx系铝合金。6.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击多层结构板材，其特征在于所述纤维增强树脂基复合材料为芳纶、玻纤或超高分子量聚乙烯复合材料。7.如权利要求1所述的一种抗爆抗冲击多层结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁振龙，梅勇，姜龙涛，张润伟，杜善琦，韩慧敏，韩秉卓，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：