一種高彈能耗散能力氧氮玻璃材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高彈能耗散能力氧氮玻璃材料及其制備方法，該氧氮玻璃材料由SiO2、Al2O3、Y2O3、Si3N4以及ZnO和/或SrO通過熔融、退火處理得到；該高彈能耗散能力氧氮玻璃材料制備工藝簡單、工藝條件溫和、原料成本低，制得的2mm厚透明氧氮玻璃在可見光區(qū)(400～800nm)的透過率不低于75％，玻璃的相對彈能耗散系數(shù)Drel可達到2.65，且熔制溫度較低，可制備大塊玻璃材料，完全可以替換現(xiàn)有技術中的藍寶石和AlON陶瓷材料，應用于輕型透明裝甲材料、紫外探測、透紅外窗口等領域。
【專利說明】一種高彈能耗散能力氧氮玻璃材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高彈能耗散能力氧氮玻璃材料及其制備方法，特別是2_厚透明 氧氮玻璃在可見光區(qū)（400?800nm)的透過率不低于75 %及相對彈能耗散系數(shù)1),61在2. 0 以上的氧氮玻璃材料及其制備方法，屬于輕型透明裝甲材料領域。

【背景技術】
[0002] 在防暴、防盜、反恐、維和及戰(zhàn)爭過程中，往往潛在著各種各樣的威脅（如爆炸、槍 械射擊、導彈類重武器攻擊、硬物撞擊等），這就要求人們能對威脅源進行有效的防護和抵 御，同時又能對險境作出快速反應（與可見光透過有關），以增強人員的生存能力；要求在 保護裝備和設施中的光學儀器不受沖擊損傷的同時，又不影響其透光功能的發(fā)揮（如透紫 外光和紅外光）。這一需求背景趨動著世界各國不惜花費大量人力、物力和財力開發(fā)或直接 購買透明裝甲。
[0003] 透明裝甲是一種用于抵擋或削弱威脅源的攻擊力以保護被攻擊目標不受損傷的 透明防護殼，它是由透明材料構造的功能集成的復合系統(tǒng)，被廣泛使用在地面車輛、空中運 載工具和空間站、光學儀器和人員保護等方面。顯然，透明裝甲對于和平環(huán)境下的人類生命 財產安全和戰(zhàn)爭過程中的軍事行動勝負都有著極其重要的作用。
[0004] 目前已有不少軍民用透明裝甲產品問世（如汽車與建筑物防彈玻璃、執(zhí)法與保安 人員用的非戰(zhàn)斗盾牌等）。然而，隨著威脅數(shù)量的不斷增加、威脅類型的更趨多樣化及威脅 力的不斷增強，對高抗沖擊性能的輕便型透明裝甲提出了越來越高的要求，可快速部署、重 量輕、成本低、性能優(yōu)異的新型透明裝甲已成為世界范圍的熱門研宄課題。
[0005] 傳統(tǒng)透明裝甲通常由多層浮法玻璃與聚合物粘合而成。對于組成確定的材料，裝 甲的抗擊穿能力與厚度相關。只要裝甲足夠厚，就有足夠安全系數(shù)的抗沖擊能力。但裝甲 越厚或疊層越多，質量就越大，從而導致整車重量的增加及其容量與載重的越少。同時，疊 層越多，透光率越低。因此，除個別情況外（如不計成本的單純防護），通過增加透明裝甲厚 度來達到抵擋或削弱威脅源攻擊力的目的是不現(xiàn)實的。這就清楚地表明，重量和厚度已成 為制約透明裝甲應用和發(fā)展的主要因素。
[0006] 目前，發(fā)達國家正在努力尋求新式輕型透明裝甲的解決方案。開發(fā)研宄中的透明 裝甲由3個功能層組成：1)可導致彈頭金屬鈍化、彈能削弱和彈體碎裂的硬質面板；2)可 吸收彈能、捕獲裂紋并緩解熱膨脹失配的中間層（有機玻璃）；3)可捕捉彈丸與裝甲殘余碎 片、遏制碎片剝落并阻礙裂紋進一步擴展的支承背板（聚碳酸脂），層與層之間由彈性聚氨 酯粘結，構成疊層結構。
[0007] 與傳統(tǒng)透明裝甲相比，新型透明裝甲的厚度與重量明顯減少，透光性能得到改善。 如果將其裝配到車輛等裝備上，裝備的機動性、快速部署能力、燃油效率等都將得到大幅度 提高。然而，厚度和層數(shù)減少以后是否能達到有效的防彈目的，這是一個必須要解決的關鍵 問題。從理論上講，如果硬質面板足以使彈頭金屬鈍化（硬-硬碰撞）、彈能削弱（彈能轉 化成材料的晶格振動和結合鍵斷裂能）和彈體碎裂（硬-硬碰撞過程中的機械損毀），那 么，就有可能構造結構簡單、重量輕、透明度高的輕便型透明裝甲（如硬質面板/粘合層/ 支承背板三層結構）。很明顯，硬質面板是制備新型透明裝甲的關鍵材料。
[0008] 目前試用中的硬質面板材料主要包括玻璃（如硼硅酸鹽玻璃和石英玻璃）、 Li2O-Al2O3-SiO2體系微晶玻璃和透明陶瓷（藍寶石或稱單晶Al 203、Α1-0-Ν陶瓷和鎂鋁尖晶 石）三大類。單一材料的抗彈試驗結果表明，只有Al-O-N陶瓷和藍寶石顯示出足夠的抗彈 能力。藍寶石具有高剛度、高硬度、高強度、適中的密度和高化學穩(wěn)定性等特點，但其尺寸和 透明度受到限制、成本較高；Al-O-N陶瓷的性能優(yōu)于藍寶石，但其尺寸與透光率同樣受到 限制、成本高，且產品難以獲得；尖晶石是采用與Al-O-N陶瓷相同的粉末燒結、熱壓、熱等 靜壓等工藝而制得的晶態(tài)材料，其力學性能與藍寶石和Al-O-N陶瓷可比，但目前只能提供 研宄用小試樣。同時，透明陶瓷還存在異型加工困難、對原料和設備的要求高、對雜質敏感 及通過調整組成來剪裁性能困難等問題。這一現(xiàn)狀使新型透明裝甲的發(fā)展遇到嚴重挑戰(zhàn)， 研宄與開發(fā)新型硬質面板材料顯得極為緊迫。
[0009] 裝甲材料，特別是防彈材料，要求具有抗子彈或其它危險源的高速沖擊的能力，這 種能力通常由彈能耗散能力D值來表征。D定義為：.

【權利要求】
1. 一種高彈能耗散能力氧氮玻璃材料，其特征在于，由以下摩爾百分比組分原料通過 熔融、退火處理得到： Si0243. 44 ?51. 80% ; Al20310. 10 ?12. 05% ; Y2034. 04 ~ 14. 46% ； Si3N46. 06 ~ 7. 23% ； ZnO 和 / 或 SrO 14. 46 ?36. 36 %。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高彈能耗散能力氧氮玻璃材料，其特征在于，ZnO的摩爾百分 含量不大于24. 24%，且SrO的摩爾百分含量不大于19. 78%。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的高彈能耗散能力氧氮玻璃材料，其特征在于，原料中 (0+N) :Si的摩爾比大于3:1。
4. 制備權利要求1或2所述的高彈能耗散能力氧氮玻璃材料的方法，其特征在于，將各 原料球磨粉碎后，混合均勻，置于保護氣氛中，先升溫到1580?1630°C高溫下熔融處理，再 降溫到900?1000°C進行退火處理，即得。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，退火處理的時間為1. 5?2. 5h。
6. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，熔融處理的時間為2?3h。
7. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，升溫速率為5?1(TC /分鐘。
8. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，各原料球磨粉碎至粒度不大于80目。
【文檔編號】C03C3/095GK104496176SQ201510006802
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月7日 優(yōu)先權日:2015年1月7日
【發(fā)明者】盧安賢, 羅志偉, 李秀英, 胡曉林, 劉飄, 劉濤涌, 張騫, 宋俊 申請人:中南大學