[发明专利]一种结构自约束陶瓷面板及其排布方法

说明书

本发明涉及一种结构自约束陶瓷面板，由若干个呈正六边形的单元陶瓷块组成，其特征在于：所述结构自约束陶瓷面板中心设置有一个单元陶瓷块，记为第0层陶瓷块阵列，该第0层陶瓷块阵列的外周套设有第1层陶瓷块阵列，以此类推，第(n‑1)层陶瓷块阵列的外周套设有第n层陶瓷块阵列,所述第n层陶瓷块阵列呈中心对称，由6*n个单元陶瓷块依次相接排列而成，且相邻单元陶瓷块之间相接的侧壁通过紧配合结构进行连接，所述第(n‑1)层陶瓷块阵列的外侧壁和第n层陶瓷块阵列的内侧壁紧密贴合，其中，n为大于1的自然数。与现有技术相比，本发明的优点在于：结构简单、防弹性能优秀。

技术领域

本发明涉及装甲防护技术领域，具体指一种结构自约束陶瓷面板及其排布方法。

背景技术

陶瓷材料由于具有低密度、高硬度、高抗压强度等优点，在装甲材料领域越来越受重视，主要用作复合装甲。陶瓷装甲的抗弹机理与金属装甲不同。在受到弹丸高速撞击时，它不像金属装甲可以发生塑性变形，而是靠自身的碎裂耗散大部分弹丸能量；并且，面板陶瓷破坏会形成倒锥从而作用于背板，背板将通过变形吸收剩余的能量；同时，使弹丸自身发生破碎，在此过程中不仅弹头破碎时损耗较多的能量，而且弹头碎块可将高度集中的能量予以分散，从而大幅提高了抗弹性能。

影响陶瓷装甲的抗弹性能因素很多，主要可以归结为陶瓷材料性能、陶瓷面板的形状和尺寸、陶瓷复合装甲的结构形式等几个方面。其中，陶瓷的形状和尺寸对抗弹性能有较大的影响，设计合理的陶瓷形状和尺寸非常重要，组合陶瓷面板的单块陶瓷，要有合理的几何形状和尺寸相匹配。目前，国外主要采用的陶瓷形状有正方形、正六边形和圆形，就单块而言，圆形抗弹能力较好，正六边形和正四方形次之。但是，如专利申请号为CN201810103292.X(公告号为CN108164254A)的发明专利《一种具有环状结构的防弹陶瓷片、防弹靶板及其制备方法》公开的具有环状结构的防弹陶瓷片，多块拼接时圆形陶瓷材料的复合间隙太大；正方形材料由于直通缝多，直通缝处的抗弹性能较差。这是由于弹着点到陶瓷面板边缘的距离小于5mm时，不能形成陶瓷锥，从而导致靶板的抗弹能力急剧下降。综合考虑陶瓷的尺寸效应、形状效应、复合间隙等诸多因素的影响，正六边形形状效应好，拼接间隙小。因此，在陶瓷装甲的实际应用中大多选取正六边形结构。

此外，提高各个陶瓷块之间紧密约束程度对进一步改善陶瓷装甲的抗弹性能极为有利。通常情况下，紧密约束陶瓷靶板的防护系数可增大15～20％以上。这是由于陶瓷是脆性材料，它的破坏是断裂而非塑性变形。当弹丸高速撞击靶板时，冲击表面形成破裂锥体，并延伸到陶瓷靶板和背板的界面处。在冲击后瞬时，陶瓷背面弹着点中心处形成裂纹，在冲击中心的背板上出现最大应力，也正是在这里出现了最大压缩背板受压，放松了对陶瓷层的支承，使陶瓷中的压应力变为拉应力，轴心裂纹继续朝弹丸撞击方向发展。随着锥形体内裂纹的聚结，最后陶瓷出现全面的破碎。若不加约束，由于应力波传播速度和裂纹扩展速度都远大于弹丸侵彻速度，当弹丸尚未穿透时，靶板中的陶瓷早已全面破碎而飞溅散开，不能对弹丸起进一步的阻挡作用，会丧失防护能力。反之，由于陶瓷靶板外加紧约束，即使在高冲击压缩应力波和拉伸应力波作用下发生了断裂，但陶瓷各断块之间却还挤压得极为紧密。只有裂纹而无扩容，当弹丸进一步侵彻靶板时，没有间隙出现为弹丸让道，于是弹丸需要消耗更大能量来继续粉碎前端的陶瓷，这种反复粉碎直至弹丸前端陶瓷形成粉化区域后，弹丸需将粉体沿侵彻的相反方向挤出后才能前进。