[发明专利]组成渐变的金属-陶瓷结构体及其制造方法

说明书

本发明提供了组成渐变的金属‑陶瓷结构体及其制造方法。本发明的组成渐变的结构体包括主体，其具有第一主表面和沿厚度轴与第一主表面相对的第二主表面，所述主体包括金属组分和陶瓷组分，其中，所述主体中陶瓷组分的浓度是所述主体内沿厚度轴的位置的函数，其中，主体中陶瓷组分的浓度的变化是连续的，使得在所述主体内在宏观上不会建立明确的界面，并且其中，陶瓷组分的浓度在所述主体内沿厚度轴的至少一个位置处为至少95体积％。

技术领域

本申请涉及组成渐变(compositionally graded)的金属-陶瓷结构体，更具体而言，涉及通过组成渐变的金属-陶瓷结构体的高能冲击防护。

背景技术

对于各种应用，通常需要高能量冲击防护。作为一个实例，航天器遇到各种空间碎片，例如微流星体和人造轨道碎片。因此，航天器通常包括高能冲击防护层，以减轻与空间碎片碰撞相关的风险。作为另一实例，诸如航空器(例如直升机)和地面车辆(例如，军用和执法车辆)等某些类型的地上运载器(terrestrial vehicle)装甲化以防止射击威胁。

在射击威胁的情况下，现有技术的装甲通常由陶瓷材料(例如氧化铝、碳化硅和碳化硼)构成，其易于使射弹钝化、侵蚀、减速和偏转。氧化铝成本相对较低，但需要更高的面积密度才能获得有效的防护，从而限制了氧化铝基装甲在地上运载器中的使用。当重量是一个重要的考虑因素(例如针对航空器)时，通常使用更昂贵的碳化硼基装甲。

遗憾的是，用于制造现有技术的装甲的陶瓷材料相对较重，从而增加了运载器燃料消耗并限制了有用的应用。这种陶瓷材料还存在制造性问题，这增加了总成本并限制了制造选择。此外，现有技术的装甲的陶瓷材料在冲击时易于破碎，留下很少材料或没有材料阻碍随后的冲击。因此，现有技术的装甲相对致密/沉重，但仅提供有限的多次打击防护。

因此，本领域技术人员继续在高能冲击防护领域中进行研究和开发。

发明内容

在一个实例中，本发明的组成渐变的结构体包括主体，所述主体具有第一主表面和沿厚度轴与所述第一主表面相对的第二主表面，所述主体包括金属组分和陶瓷组分，其中，所述主体中的所述陶瓷组分的浓度是所述主体内沿所述厚度轴的位置的函数，其中，所述主体中的所述陶瓷组分的浓度的变化是连续的，使得在所述主体内在宏观上不会建立明确的界面，并且其中，所述陶瓷组分的浓度在所述主体内沿所述厚度轴的至少一个位置处为至少95体积％。

在一个实例中，本发明的装甲面板包括组成渐变的结构体和抗爆裂层。所述组成渐变的结构体包括主体，所述主体具有第一主表面和沿厚度轴与所述第一主表面相对的第二主表面，所述主体包括金属组分和陶瓷组分，其中，所述主体中的所述陶瓷组分的浓度是所述主体内沿所述厚度轴的位置的函数，其中，所述主体中的所述陶瓷组分的浓度的变化是连续的，使得在所述主体内在宏观上不会建立明确的界面，并且所述陶瓷组分的浓度在所述主体内沿所述厚度轴的至少一个位置处为至少95体积％。所述抗爆裂层与所述主体的所述第二主表面相邻。

在一个实例中，本发明的用于制造组成渐变的结构体的方法包括以下步骤：(1)组装至少包括第一粉状材料和第二粉状材料的粉末叠层(powder layup)，所述第一粉状材料包括陶瓷组分，所述第二粉状材料包括金属组分，所述粉末叠层包括：(a)具有第一浓度的所述陶瓷组分的第一层；(b)具有第二浓度的所述陶瓷组分和第一浓度的所述金属组分的第二层；和(c)具有第三浓度的所述陶瓷组分和第二浓度的所述金属组分的第三层；(2)压制所述粉末叠层以产生压实体；和(3)对所述压实体进行热处理。

根据以下具体实施方式、附图和所附权利要求，本发明的组成渐变的金属-陶瓷结构体、装甲面板和方法的其它实例将变得显而易见。

附图说明

图1是本发明的组成渐变的结构体的一个实例的示意性截面图；

图2是图1的组成渐变的结构体的组成分布(体积％相对于位置)的图示；