本发明专利技术涉及将玻璃－陶瓷直接接合至一个或多个玻璃层以形成透明层叠体，从而取消玻璃－陶瓷和玻璃层之间的一个或多个聚合物中间层，以及当存在一个以上玻璃层时取消透明层叠体的各单独玻璃层之间的一个或多个聚合物中间层。该直接接合消除了使用聚合物中间层在透明层叠体中进行玻璃－陶瓷／玻璃和／或玻璃／玻璃接合时会产生的温度和湿度的任何有害效果，或者使这些效果降至最低。该接合在环境气氛中在“较软”或“较低软化点”材料、通常是玻璃材料的软化点和应变点之间的一定温度下进行，进行时不使用聚合物中间层或粘合剂，也不施加电压。该玻璃－陶瓷／玻璃层叠体可用于透明装甲应用中，尤其是与碎片捕捉层组合使用，该碎片捕捉层接合至离玻璃－陶瓷层最远的玻璃层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可用于各种应用包括弹道防护的透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体。 具体地说，本专利技术涉及这样的玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，其中，玻璃-陶瓷和玻 璃层不使用聚合物或粘合剂中间层也不在接合(bonding)过程期间施加电压 而彼此直接热接合。该玻璃-陶瓷/玻璃层叠体可用于提供弹道防护，同时在可 见和红外(夜视)电磁波谱范围中保持透明。
技术介绍
透明装甲是设计用来提供弹道防护同时保持光学透明的材料。这类材料可 以在战斗和非战斗情况(例如骚乱控制)中用于窗口 (车辆和建筑物)、护目 镜、以及用于感应装置等之类设备的防护盖。虽然对于各具体应用具有特定的 要求，但是对大多数系统或装置具有普遍的要求。尤其是，透明装甲的主要要 求是不仅抵抗具体威胁，还要能够接受多次打击而不使打击处周围区域中的观 察变形。必须加以优化的其他要求取决于使用装甲的具体应用。这些其他要求 包括重量、空间效率和成本性能比。虽然通过增加装甲厚度可以解决关于透明 装甲的许多问题，但是这种解决办法是不利的，因为这会增加人员或车辆必须 承载的重量、增大变形，从而因为材料厚度而降低透明度，并且在车辆中因为 空间限制而变得不实用。用于弹道防护(装甲)的透明材料包括(1)常规玻璃，例如通常使用浮 法制造的钠钙和硼硅酸盐玻璃；(2)晶体材料，例如氧氮化铝(A10N)、尖 晶石和蓝宝石；和(3)玻璃-陶瓷材料(GC)。在典型的透明装甲系统中，将 一片或多片玻璃材料层叠成复合体层状结构，使用厚的聚合物材料作为背衬或 碎片捕捉层(spall catcher)。例如，图1说明普通的层状透明装甲复 合体10。射过来的射弹为箭头12的方向，射弹对击打面进行打击，该击打面5即四个玻璃层14中的第一层(箭头14表示这四个层中的第一层和第四层)。聚合物中间层或粘合剂16位于示例的四个玻璃层之间。最后层18是背衬层 或碎片捕捉层，通常是聚合物材料，例如聚碳酸酯。聚合物/粘合剂层16 也位于碎片捕捉层和最后玻璃层之间。在一种变化形式中，可以使用硬质陶瓷 材料作为击打表面以改善针对更多潜在威胁(例如穿甲弹)的弹道性能。除非 可以使用厚的玻璃，否则要将聚合物片层叠在多个玻璃层之间以构成抵抗指定 威胁所需要的厚度。这些聚合物层的厚度可以变化，由软质或硬质材料构成。图1的聚合物片和中间层粘合剂材料选自目前装甲技术中使用的材料。除 了弹道性能之外， 一些考虑因素包括-(1) 与玻璃或陶瓷匹配的折射率，(2) 适应其与玻璃/陶瓷陶瓷的热膨胀不匹配的能力，和(3) 在装甲系统中在潜在使用环境范围中的环境性能。 考虑到装甲系统经历的温度和湿度的宽泛潜在范围，已经证明涉及环境性能的最后一个要求尤其成问题。对于装甲系统，指定的温度范围例如包括-40 ° F至+ 14(T F (-4(TC至+6(TC)，有讨论关于增加上限温度的要求。这种接近 200° F (约ll(TC)的范围不仅加剧了玻璃和聚合物中间层之间的热膨胀不匹 配，而且高的dri/dT以及聚合物发生热损坏和阳光损坏的倾向还从本质上导致 中间层发生不均匀的变色、破裂和分层，导致透明度/可见度损失。另外，当 两个硬质玻璃基片之间的聚合物中间层超过一定厚度时，例如0.015(约0. 38 毫米)，因为聚合物没有对其前方玻璃层提供刚性支撑而使层叠体的弹道性能 遭受损失，导致玻璃片在受到冲击时产生拉伸载荷和故障。使用较薄的聚合物 中间层会缓解这个问题，但是这种做法是不实用也是难以进行的，因为典型市 售材料的玻璃片是不平坦的。在使用聚合物中间层的理想设计中，该设计尚未 实现，希望尽可能减少聚合物中间层的使用。在典型的透明装甲系统中，其为具有弹道材料例如玻璃和聚合物材料的层 的复合体，通常使用粘合剂材料进行接合。回顾技术文献、专利公开和已授权 专利，没有发现任何涉及对装甲系统使用玻璃和玻璃-陶瓷的热接合的参考资 料，热接合也称为熔合接合。对于接合，常用的同义词包括连接和密 封。参见陶瓷装甲材料设计，James W. McCauley等编，陶瓷学报，第 134巻(2002)。涉及玻璃接合方法的论文包括(1)低温硅酸盐基溶胶凝胶 接合(S. D. Conzone等，用于光学装置制造的Zerodur和Si(^的低温接合;无机材料III [会议]，AMarker等编，工艺SPIE，第4452巻(2001)，第107-114 页；(2)阳极接合(参见J.Wei等，玻璃-玻璃的阳极接合过程和静电力， 固体薄膜，第462-463巻(2004)，第487-491页)；和(3)玻璃料接合方 法(参见C.Hudecek，密封玻璃，工程材料手册，第4巻，陶瓷和玻璃(ASM International, 1991)，第1069-1073页)。Conzone提出的低温溶胶凝胶接 合用于连接接近零膨胀精度的光学组件，这时要求精确的尺寸稳定性。接合对 于各基板要求清洁的经过抛光的表面，Conzone引用的应用是用于镜坯和微光 刻台的连接组装件。阳极接合常用于晶片接合，尤其是用于玻璃-金属晶片和玻璃-半导体(硅) 晶片，但是也有用于含钠玻璃例如Pyrex⑧的玻璃-玻璃接合的描述[参见以上 Wei]。在这种方法中，施加外部电压，使基板经历适应微电子加工的温度范围。 接合电压产生的静电力是使两个基板紧密接触和接合的驱动力，要求表面光滑 平坦。(Wei等使用Ra小于1. 5纳米且平坦度优于500微米的硼硅酸盐晶片。)如Hudecek所述，已经使用玻璃料密封将玻璃连接至金属、金属至金属、 陶瓷至陶瓷、以及它们的各种组合，包括用于精密光学组件的玻璃-玻璃密封 [H.A.Miska，航天和军事应用，工程材料手册，第4巻，陶瓷和玻璃(ASM International, 1991)，第1016-1020页]。该技术要求温度高到足以使玻璃 料软化和流动。使用相关技术熔合专用于各显示器和太阳能模块应用的玻璃 片。B.G.Song等，用于场发射显示器应用的原位激光真空退火和密封过程的 开发，IEEE (2001)，第219-220页)。考虑到目前复合体装甲系统的所有不利之处，尤其是使用聚合物粘合剂材 料将装甲复合体上的各层接合在一起造成的问题，希望进一步改善复合体装 甲。本专利技术揭示了这样一种方法，通过该方法可以将玻璃-陶瓷材料热接合至 玻璃材料，从而取消在玻璃-陶瓷和玻璃的层之间使用聚合物材料，进一步揭 示了使用该方法制造的产品。本文揭示的方法具体用于聚合物中间层的降解可 能导致变色和分层的透明装甲系统。
技术实现思路
本专利技术涉及透明层叠体，该层叠体具有玻璃-陶瓷层和至少一个玻璃层或 多个玻璃层，其中，玻璃-陶瓷层和相邻玻璃层彼此直接热接合，从而取消一 个或多个聚合物中间层，使温度和湿度的任何有害效果最小化，并且进一步涉及制造透明层叠体的方法。另外，在制造层叠体中使用多个玻璃层时，这些玻璃层也彼此热接合，在玻璃层之间不使用聚合物或粘合剂中间层，或者接合过程期间也不施加电压。本专利技术的透明层叠体特别适用于提供弹道防护，并适用于透明装甲应用。在环境气氛下或在真空中在较软或较低软化点材料(即玻璃)的软化点和应变点之间的一定温度下进行接合。玻璃-陶瓷/玻璃层叠体可与碎片捕捉层材料组合形成透明装甲层叠体。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种透明玻璃－陶瓷／玻璃层叠体，所述层叠体包括玻璃－陶瓷层和至少一个玻璃层，所述玻璃－陶瓷层和所述玻璃层彼此热接合，在接合过程中没有在各层之间使用聚合物中间层或粘合剂，也没有施加任何电压。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-21 11/804,8561.一种透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，所述层叠体包括玻璃-陶瓷层和至少一个玻璃层，所述玻璃-陶瓷层和所述玻璃层彼此热接合，在接合过程中没有在各层之间使用聚合物中间层或粘合剂，也没有施加任何电压。2. 如权利要求1所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，其特征在于，所述玻璃 -陶瓷层的热膨胀系数和玻璃层的热膨胀系数之差在等于或小于2. 5ppm/X:的范围 内。3. 如权利要求1所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，其特征在于，所述玻璃 -陶瓷的热膨胀系数和玻璃的热膨胀系数之差在等于或小于lppm厂C的范围内。4. 如权利要求l所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，其特征在于，所述玻璃 -陶瓷层是尖晶石晶体的玻璃-陶瓷。5. 如权利要求l所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，其特征在于，所述玻璃 -陶瓷层的热膨胀系数在1-9ppm广C的范围内。6. 如权利要求1所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃层叠体，其特征在于，该层叠体 进一步包括碎片捕捉层，该碎片捕捉层接合至离玻璃-陶瓷层最远的玻璃层，所述 碎片捕捉层是选自聚碳酸酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的透明聚合物材料。7. —种透明玻璃-陶瓷/玻璃装甲层叠体，所述层叠体包括玻璃-陶瓷击打面 层和一个或多个玻璃层，所述玻璃-陶瓷层和所述玻璃层彼此热接合，在接合过程 中没有在各层之间使用聚合物中间层或粘合剂，也没有施加任何电压，所述层叠体 还包括接合至离玻璃-陶瓷层最远的玻璃层的透明碎片捕捉层。8. 如权利要求7所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃装甲层叠体，其特征在于，所述 玻璃-陶瓷的热膨胀系数和玻璃的热膨胀系数之差在等于或小于2. 5ppm广C的范围 内。9. 如权利要求7所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃装甲层叠体，其特征在于，所述 玻璃-陶瓷的热膨胀系数和玻璃的热膨胀系数之差在等于或小于lppm/。C的范围 内。10. 如权利要求7所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃装甲层叠体，其特征在于，所 述玻璃-陶瓷层是尖晶石晶体的玻璃-陶瓷。11. 如权利要求7所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃装甲层叠体，其特征在于，所 述玻璃 陶瓷层的热膨胀系数在1-9ppm/。C的范围内。12. 如权利要求7所述的透明玻璃-陶瓷/玻璃装甲层叠体，其特征在于，所述碎片捕捉层选自聚碳酸酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。13. —种制造透明玻璃-陶瓷/玻璃的方法，所述方法包括以下步骤 提供透明玻璃-陶瓷材料片； 提供至少一个透明玻璃材料片；将玻璃材料片放置于玻璃-陶瓷材料的顶部，该放置方式使玻璃片接触玻璃-陶瓷...
【专利技术属性】
技术研发人员：LR平克尼，SA蒂切，JJ张，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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