一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃及加工方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃及加工方法，該防彈玻璃由多層結(jié)構(gòu)組成，包括至少一層藍(lán)寶石層以及包覆于藍(lán)寶石層外的透光層A和透光層B，透光層A或者透光層B與藍(lán)寶石層的一面組成一個(gè)夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有折射率與藍(lán)寶石層接近的有機(jī)填充層；所述藍(lán)寶石層為高溫氧化鋁溶液通過(guò)定向凝固生長(zhǎng)形成的單晶板材，且與透光層A和/或透光層B組成夾層結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石層的一面未經(jīng)拋光處理。本發(fā)明所提的一種易于加工的藍(lán)寶石防彈玻璃，在降低制作成本的同時(shí)，規(guī)避了困難的藍(lán)寶石磨拋，同時(shí)擁有良好的抗彈能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，尤其涉及一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈 玻璃，還涉及該防彈玻璃的加工方法。 -種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃及加工方法

【背景技術(shù)】
[0002] 防彈玻璃是由玻璃(或者有機(jī)玻璃）和優(yōu)質(zhì)工程塑料經(jīng)特殊加工得到的一種復(fù)合 型材料，不同廠商生產(chǎn)的防彈玻璃各異但基本上都是在玻璃層中夾上聚碳酸酯材料，這一 過(guò)程稱(chēng)為層壓。在這個(gè)過(guò)程中，形成了一種類(lèi)似普通玻璃但比普通玻璃更厚的物質(zhì)。玻璃 可以是普通的玻璃、浮法玻璃、透明微晶或強(qiáng)化玻璃等，聚碳酸酯是一種硬性透明塑料。防 彈玻璃的厚度在7 mm到75 mm之間。射在防彈玻璃上的子彈會(huì)將外層的玻璃擊穿，但聚碳 酸酯玻璃材料層能夠吸收子彈的能量，從而阻止它穿透玻璃內(nèi)層。CN203229462U公開(kāi)了 一種新型防彈玻璃，包括銫鉀玻璃復(fù)合層，該銫鉀玻璃復(fù)合層的上部與下部分別設(shè)有與之 相粘合的硅酸鹽溶液膜層。CN2499227Y公開(kāi)了一種防爆防彈玻璃，包括含PVB或PU膠片 的平面或弧面夾層玻璃，并且在夾層玻璃中的PVB或PU膠片的玻璃之間有一鈦金膜或PC 板。CN103486908A公開(kāi)了一種防彈玻璃，依次由夾層玻璃、聚氨酯膠片和PC板復(fù)合而成。 CN101795862A公開(kāi)了一種抗穿甲彈的窗玻璃，包含三個(gè)玻璃層，玻璃層之間被粘合層連接， 粘合層采用放碎裂和吸能材料復(fù)合而成。
[0003] 防彈玻璃在抗彈過(guò)程中，外層玻璃被子彈撞擊和侵蝕，最后斷裂，因此防彈玻璃的 外層防彈板的高強(qiáng)度和高壓縮性是決定了整個(gè)防彈玻璃抗彈性能的最主要因素之一。而玻 璃屬于多晶材料，其彈性模量、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)不及鋼彈，因此防彈玻璃的應(yīng)用范圍 受制于玻璃的種種特性。
[0004] 另一方面，藍(lán)寶石擁有極高的熔點(diǎn)，其彈性模量、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度可以超過(guò)一 般的炮鋼。通常用于防彈玻璃的藍(lán)寶石應(yīng)具有板材形狀。藍(lán)寶石的晶體生長(zhǎng)方法一般是將 高溫氧化鋁熔液通過(guò)定向凝固的方法生成。EFG晶體生長(zhǎng)是最常用的一種藍(lán)寶石晶體板材 的生長(zhǎng)方法，但直接生長(zhǎng)出爐的晶體表面粗糙，而粗糙的表面對(duì)光進(jìn)行了不同方向的折射， 使其可見(jiàn)光透過(guò)后的圖像采生了嚴(yán)重變形，無(wú)法達(dá)到透明裝甲對(duì)外部觀察的要求。在以往 的藍(lán)寶石單晶EFG板材在應(yīng)用于防彈玻璃之前，為了解決粗糙的表面對(duì)光不同方向折射的 影響，需要對(duì)晶體進(jìn)行磨拋處理。這是一個(gè)加工成本很大的處理。因?yàn)樗{(lán)寶石莫氏硬度達(dá) 到9,磨拋的過(guò)程難度大、而且加工過(guò)程中還要注意防止晶體表面應(yīng)力變化，當(dāng)板材的面積 很大時(shí)，硬度很高的材料磨拋很難保證平整度（TTV)和翹曲度（B0W)。
[0005] 因此，如果想低成本的利用藍(lán)寶石作為防彈透明裝甲，需要降低藍(lán)寶石防彈玻璃 的制造難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈 玻璃，降低制作成本，制得的防彈玻璃具有良好的炕單能力。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶 藍(lán)寶石防彈玻璃，所述防彈玻璃由多層結(jié)構(gòu)組成，包括至少一層藍(lán)寶石層以及包覆于藍(lán)寶 石層外的透光層A和透光層B，透光層A或者透光層B與藍(lán)寶石層的一面組成一個(gè)夾層結(jié) 構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有折射率與藍(lán)寶石層接近的有機(jī)填充層。
[0008] 進(jìn)一步地，所述的藍(lán)寶石層為高溫氧化鋁溶液通過(guò)定向凝固生長(zhǎng)形成的單晶板 材，且與透光層A或者透光層B組成夾層結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石層的一面未經(jīng)拋光處理。
[0009] 進(jìn)一步地，所述的有機(jī)填充層的折射率為1. 755?1. 765。
[0010] 進(jìn)一步地，所述的有機(jī)填充層的填充物質(zhì)為二碘甲烷或者高折射率光固化有機(jī)硅 樹(shù)脂。
[0011] 進(jìn)一步地，所述的高折射率光固化有機(jī)硅樹(shù)脂為含有丙烯酸酯基團(tuán)的光固化苯基 有機(jī)娃樹(shù)脂。
[0012] 進(jìn)一步地，所述的透光層A或者透光層B為普通光學(xué)玻璃或者具有韌性的透明有 機(jī)材料。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的具有韌性的透明有機(jī)材料為聚碳酸酯類(lèi)板材。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的藍(lán)寶石層為導(dǎo)膜法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體，其厚度為8?50_ ;透光層 A的厚度為0· 2?10mm ;透光層B的厚度為1?10mm ;有機(jī)填充層的厚度2?20mm。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃的加工方法，包括 以下步驟： (1) 準(zhǔn)備透光材料和藍(lán)寶石單晶板材； (2) 在藍(lán)寶石層的兩側(cè)設(shè)置由透光材料制成的透光層A和透光層B，藍(lán)寶石層與透光層 A和/或透光層B組成的夾層內(nèi)注入有機(jī)填充物質(zhì)，通過(guò)紫外線照射后，使有機(jī)填充物質(zhì)與 藍(lán)寶石層表面無(wú)縫緊密貼合；如藍(lán)寶石層與透光層A或透光層B無(wú)夾層結(jié)構(gòu)，則將透光層A 或透光層B貼合于單晶藍(lán)寶石層的一側(cè)，升溫至500°C?1200°C，保溫2?6小時(shí)，在透光 層A或透光層B上均勻施加0. IMPa?5MPa的壓力，保壓2?20小時(shí)，以100?500°C /h 降至550?650°C，保溫2?20h，再緩慢降至室溫即可。
[0016] 本發(fā)明的有益效果： 1、 本發(fā)明所提的一種易于加工的藍(lán)寶石防彈玻璃，結(jié)構(gòu)合理，擁有良好的抗彈能力； 2、 本發(fā)明藍(lán)寶石防彈玻璃的加工方法簡(jiǎn)便，規(guī)避了困難的藍(lán)寶石磨拋處理，其加工成 本和加工難度，較光學(xué)效果等同級(jí)別的藍(lán)寶石均大幅降低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的防彈玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中，1-光學(xué)玻璃層；2-外層光固化樹(shù)脂層；3-單晶藍(lán)寶石層；4-內(nèi)層光固化樹(shù)脂層； 5_聚碳酸酯有機(jī)材料層； 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的防彈玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中，1-普通光學(xué)玻璃層；2-二碘甲烷層；3-藍(lán)寶石層；4-聚碳酸酯有機(jī)材料層； 圖3圖1為本發(fā)明的實(shí)施例3的防彈玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中，1-普通光學(xué)玻璃層、2-光固化有機(jī)硅樹(shù)脂層A、3-藍(lán)寶石層A、4-光固化有機(jī)硅 樹(shù)脂層B、5-藍(lán)寶石層B、6-光固化有機(jī)硅樹(shù)脂層C、7-聚碳酸酯有機(jī)材料層。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。
[0019] 一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，由多層結(jié)構(gòu)組成，包括至少一層 藍(lán)寶石層以及包覆于藍(lán)寶石層外的透光層A和透光層B，透光層A或者透光層B與藍(lán)寶石層 的一面組成一個(gè)夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有折射率與藍(lán)寶石層接近的有機(jī)填充層。
[0020] 其中，藍(lán)寶石層為高溫氧化鋁溶液通過(guò)定向凝固生長(zhǎng)形成的單晶板材，且與透光 層A和/或透光層B組成夾層結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石層的一面未經(jīng)拋光處理。
[0021] 與藍(lán)寶石層折射率接近的有機(jī)填充層的有機(jī)填充物質(zhì)為二碘甲烷，由于二碘甲烷 在常溫下折射率與藍(lán)寶石接近的液體，因此二碘甲烷與藍(lán)寶石層表面(未經(jīng)過(guò)拋光處理）形 成無(wú)間隙接觸；與藍(lán)寶石層折射率接近的有機(jī)填充層的有機(jī)填充物質(zhì)也可以為高折射率光 固化有機(jī)硅樹(shù)脂。通常這種光固化有機(jī)硅樹(shù)脂的預(yù)制物，在常溫或者適當(dāng)?shù)臏囟认聻橐后w， 注入夾層后可以與藍(lán)寶石表面形成無(wú)間隙接觸。該液體在適當(dāng)波段的光線照射下可轉(zhuǎn)化為 折射率與藍(lán)寶石接近的有機(jī)固體。例如，采用含丙烯酸酯基團(tuán)的光固化苯基有機(jī)硅樹(shù)脂，則 可以方便地通過(guò)調(diào)節(jié)苯基的濃度來(lái)調(diào)整折射率的大小，使得通光固化后的物質(zhì)的光波折射 率為1. 755至1. 765之間。
[0022] 與藍(lán)寶石層形成夾層的透光層A和透光層B，根據(jù)防彈玻璃性能的要求，可以是不 同特性的透光材料。比如聚碳酸酯類(lèi)板材之類(lèi)的有機(jī)材料，在滿(mǎn)足透光性的同時(shí)還有一定 的韌性，可確保防彈玻璃被子彈擊中后的碎片剝離。又比如采用防紫外線的光學(xué)玻璃，可以 增加防彈玻璃的防紫外線特性。
[0023] 根據(jù)使用場(chǎng)合和目的藍(lán)寶石層的厚度通常為5?50mm，若藍(lán)寶石層的厚度低于 5mm，則抗彈明顯能力降，若藍(lán)寶石層的厚度超過(guò)50mm，則EFG工藝生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體難以實(shí) 現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明，通常25mm藍(lán)寶石板抗彈能力相當(dāng)于80mm鋼板，可滿(mǎn)足多數(shù)場(chǎng)合要求。
[0024] 根據(jù)相對(duì)折射率定理， 其中是入射光側(cè)介質(zhì)可見(jiàn)光波段的折射率，是入射角。是折射光側(cè)介質(zhì)可見(jiàn)光波段的 折射率，是折射角。
[0025] 當(dāng)光束入射未經(jīng)處理的單晶藍(lán)寶層時(shí)，光線在藍(lán)寶石層和空氣界面發(fā)生折射，由 于表面粗糙度比較低，凹凸點(diǎn)距離非常大，肉眼通過(guò)凹凸觀察遠(yuǎn)處物體變形，造成無(wú)法觀 察。
[0026] 但對(duì)于具有夾層結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石層表面而言，由于藍(lán)寶石層和夾層內(nèi)的填充材料之 間沒(méi)有間隙，當(dāng)藍(lán)寶石層的折射率和填充物質(zhì)的折射率基本當(dāng)?shù)葧r(shí)，入射角和折射角基本 相等，即介質(zhì)內(nèi)部光線基本沿直線傳播。因此當(dāng)光線由藍(lán)寶石層入射穿過(guò)有機(jī)填充層時(shí)，雖 然光線穿過(guò)藍(lán)寶石層和有機(jī)填充層之間的界面依然是不平整的界面，但肉眼依然無(wú)法發(fā)現(xiàn) 通過(guò)折射后的物體變形。當(dāng)光線由有機(jī)填充層入射穿過(guò)藍(lán)寶石層時(shí)，情況亦然。這樣就通 過(guò)一種非常容易的方式，實(shí)現(xiàn)了透光性及防止光學(xué)畸變的要求，而防彈玻璃整體則擁有單 晶藍(lán)寶石出色的機(jī)械性能和防彈能力。
[0027] 易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃的加工方法，包括以下步驟： (1) 準(zhǔn)備透光材料和藍(lán)寶石單晶板材； (2) 在藍(lán)寶石層的兩側(cè)設(shè)置由透光材料制成的透光層A和透光層B，藍(lán)寶石層與透光層 A和/或透光層B組成的夾層內(nèi)注入有機(jī)填充物質(zhì)，通過(guò)紫外線照射后，使有機(jī)填充物質(zhì)與 藍(lán)寶石層表面無(wú)縫緊密貼合；如藍(lán)寶石層與透光層A或透光層B無(wú)夾層結(jié)構(gòu)，則將透光層A 或透光層B貼合于單晶藍(lán)寶石層的一側(cè)，升溫至500°C?1200°C，保溫2?6小時(shí)，在透光 層A或透光層B上均勻施加0. IMPa?5MPa的壓力，保壓2?20小時(shí)，以100?500°C /h 降至550?650°C，保溫2?20h，再緩慢降至室溫即可。
[0028] 實(shí)施例1 如圖1所示的一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，由5層結(jié)構(gòu)組成，包括普 通光學(xué)玻璃層1、外層光固化有機(jī)硅樹(shù)脂層2、藍(lán)寶石層3、內(nèi)層光固化有機(jī)硅樹(shù)脂層4以及 聚碳酸酯有機(jī)材料層5。
[0029] 采用一塊普通光學(xué)玻璃厚度為8mm，EFG法生長(zhǎng)的藍(lán)寶石單晶板材厚度為15mm，一 層聚碳酸酯有機(jī)纖維板厚度為5_。在普通光學(xué)玻璃和藍(lán)寶石單晶板材之間注入含丙烯酸 酯基團(tuán)的光固化苯基有機(jī)硅預(yù)聚物(液體)。通過(guò)紫外線照射后，含丙烯酸酯基團(tuán)的光固化 苯基有機(jī)硅預(yù)聚物變成苯基有機(jī)硅樹(shù)脂(固體)與藍(lán)寶石表面緊密接觸。在聚碳酸酯有機(jī)纖 維板和藍(lán)寶石單晶板材之間注入含丙烯酸酯基團(tuán)的光固化苯基有機(jī)硅預(yù)聚物(液體)。通過(guò) 紫外線照射后，含丙烯酸酯基團(tuán)的光固化苯基有機(jī)硅預(yù)聚物變成苯基有機(jī)硅樹(shù)脂（固體）與 藍(lán)寶石表面緊密接觸。以上過(guò)程即完成了防彈玻璃的制作，而不需要將藍(lán)寶石表面經(jīng)過(guò)磨 拋處理。
[0030] 所得防彈玻璃經(jīng)過(guò)測(cè)試，彈速在700m/s的56式鋼彈和56式穿燃彈均未能擊穿防 彈玻璃。
[0031] 實(shí)施例2 如圖2所示的一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，由4層結(jié)構(gòu)組成，包括普 通光學(xué)玻璃層1、二碘甲烷層2、藍(lán)寶石層3以及聚碳酸酯有機(jī)材料層4。
[0032] 所得防彈玻璃經(jīng)過(guò)測(cè)試，彈速在700m/s的56式鋼彈和56式穿燃彈均未能擊穿防 彈玻璃。
[0033] 實(shí)施例3 如圖3所示的一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，由8層結(jié)構(gòu)組成，包括普 通光學(xué)玻璃層1、光固化有機(jī)硅樹(shù)脂層A 2、藍(lán)寶石層A 3、光固化有機(jī)硅樹(shù)脂層B 4、藍(lán)寶石 層B 5、光固化有機(jī)娃樹(shù)脂層C 6、聚碳酸酯有機(jī)材料層7。
[0034] 所得防彈玻璃經(jīng)過(guò)測(cè)試，彈速在700m/s的56式鋼彈和56式穿燃彈均未能擊穿防 彈玻璃。
[0035] 本發(fā)明的所得防彈玻璃，經(jīng)過(guò)測(cè)試其平均斷裂強(qiáng)度為360_380MPa，與典型的單晶 藍(lán)寶石的350-400MPa基本相當(dāng)，適合作為透明裝甲使用。
【權(quán)利要求】
1. 一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所述防彈玻璃由多層 結(jié)構(gòu)組成，包括至少一層藍(lán)寶石層以及包覆于藍(lán)寶石層外的透光層A和透光層B，透光層A 或者透光層B與藍(lán)寶石層的一面組成一個(gè)夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有折射率與藍(lán)寶 石層接近的有機(jī)填充層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種易于加工的夾層結(jié)構(gòu)單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在 于：所述的藍(lán)寶石層為高溫氧化鋁溶液通過(guò)定向凝固生長(zhǎng)形成的單晶板材，且與透光層A 和/或透光層B組成夾層結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石層的一面未經(jīng)拋光處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所述的 有機(jī)填充層的折射率為1. 755?1. 765。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所 述的有機(jī)填充層的有機(jī)填充物質(zhì)為二碘甲烷或者高折射率光固化有機(jī)硅樹(shù)脂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所述的 高折射率光固化有機(jī)硅樹(shù)脂為含有丙烯酸酯基團(tuán)的光固化苯基有機(jī)硅樹(shù)脂。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所述的 透光層A或者透光層B為普通光學(xué)玻璃或者具有韌性的透明有機(jī)材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所述的 具有韌性的透明有機(jī)材料為聚碳酸酯類(lèi)板材。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃，其特征在于：所述的 藍(lán)寶石層為導(dǎo)膜法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體，其厚度為5?50_ ;透光層A的厚度為0. 2?10_ ;透 光層B的厚度為1?10mm ;有機(jī)填充層的厚度2?20mm。
9. 一種權(quán)利要求1所述的易于加工的單晶藍(lán)寶石防彈玻璃的加工方法，其特征在于： 包括以下步驟： (1) 準(zhǔn)備透光材料和藍(lán)寶石單晶板材； (2) 在藍(lán)寶石層的兩側(cè)設(shè)置由透光材料制成的透光層A和透光層B，藍(lán)寶石層與透光層 A和/或透光層B組成的夾層內(nèi)注入有機(jī)填充物質(zhì)，通過(guò)紫外線照射后，使有機(jī)填充物質(zhì)與 藍(lán)寶石層表面無(wú)縫緊密貼合；如藍(lán)寶石層與透光層A或透光層B無(wú)夾層結(jié)構(gòu)，則將透光層A 或透光層B貼合于單晶藍(lán)寶石層的一側(cè)，升溫至500°C?1200°C，保溫2?6小時(shí)，在透光 層A或透光層B上均勻施加0. IMPa?5MPa的壓力，保壓2?20小時(shí)，以100?500°C /h 降至550?650°C，保溫2?20h，再緩慢降至室溫即可。
【文檔編號(hào)】B32B9/00GK104057649SQ201410304514
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】邱一豇, 馬遠(yuǎn), 牛沈軍, 吳勇, 周健杰, 薛衛(wèi)明 申請(qǐng)人:江蘇中電振華晶體技術(shù)有限公司