專利名稱:新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
在抗空間碎片撞擊的防護(hù)結(jié)構(gòu)中，前板在防護(hù)空間碎片沖擊過程中 起到極為關(guān)鍵的作用。其主要作用是擊碎撞擊來的空間碎片，使碎片破 碎，同時(shí)撞擊產(chǎn)生的絕熱溫升使碎片液化或汽化，從而達(dá)到減緩碎片對(duì)
被防護(hù)的主體結(jié)構(gòu)的損毀的目的。從輕質(zhì)的角度來看，經(jīng)典的Whipple 雙層板防護(hù)結(jié)構(gòu)選用 一單層鋁合金板為前板。鋁合金材料的破壞強(qiáng)度一 般相對(duì)較低，從更有效擊碎撞擊來碎片的角度來看，它的強(qiáng)度顯然還不 足夠高。而多層Whipple、填充式Whipple結(jié)構(gòu)等其前板也均為單一鋁合 金板，這些前板均存在防護(hù)強(qiáng)度不夠的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)過改進(jìn)、 對(duì)空間碎片攔截作用更大的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)重量基本不增加的前提下，通過對(duì)防護(hù)前板 結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并用強(qiáng)度和硬度更高的材料來替換或部分替換鋁合金材 料，在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)重量基本不增加的前提下可有效破碎撞擊來的碎片。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括功能層 和基體層，功能層由2層以上的層合或梯度復(fù)合層構(gòu)成、或功能層為單 層結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步，所述功能層包括表層，該表層的強(qiáng)度大于鋁合金材料的強(qiáng) 度，硬度大于鋁合金材料的硬度，所述功能層的厚度在0.01 2.0mm之間。
進(jìn)一步，所述功能層采用非晶合金、陶瓷或晶態(tài)合金材料制成，其 強(qiáng)度范圍為0.5-5.0 GPa，硬度范圍為2-30 GPa。進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為連續(xù)梯度變化、或?yàn)殚g斷變化。 進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為連續(xù)梯度地由強(qiáng)到弱變化、或?yàn)?br>間斷地由強(qiáng)到弱變化。
進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為連續(xù)梯度地由弱到強(qiáng)變化、或間
斷地由弱到強(qiáng)變化。
進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為強(qiáng)-弱-強(qiáng)-弱相間變化。 進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為弱-強(qiáng)-弱-強(qiáng)相間變化。 進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為弱-強(qiáng)-強(qiáng)-弱相間變化。 進(jìn)一步，所述功能層各層的性能為強(qiáng)-弱-弱-強(qiáng)相間變化。 本發(fā)明在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)重量基本不增加的前提下，通過對(duì)防護(hù)前板
結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并用強(qiáng)度和硬度更高的材料來替換或部分替換鋁合金材
料，在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)重量基本不增加的前提下可有效破碎撞擊來的碎片。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為功能層為復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3為本發(fā)明工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明新型梯度復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)可用作Whipple防護(hù)前板。如圖1、圖 2、圖3所示，本發(fā)明新型梯度復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括功能層1和基體層2。 制備功能層1的方法包括爆炸噴涂、等離子噴涂、等離子熔覆、激光熔 覆、激光硬化、微弧氧化。功能層1采用高強(qiáng)度和高硬度材料制成，如 非晶合金、陶瓷、晶態(tài)合金等材料制成，其強(qiáng)度范圍為0.5-5.0 GPa，硬 度范圍為2-30 GPa。功能層1由2層以上的層合或梯度復(fù)合層構(gòu)成、或 功能層為單層結(jié)構(gòu)，功能層的厚度在0. 01-2mm之間。功能層包括表層， 該表層的強(qiáng)度大于鋁合金材料的強(qiáng)度，硬度大于鋁合金材料的硬度。
功能層各層的性能為連續(xù)梯度地由強(qiáng)到弱變化、或?yàn)殚g斷地由強(qiáng)到 弱變化；功能層各層的性能為連續(xù)梯度地由弱到強(qiáng)變化、或間斷地由弱 到強(qiáng)變化。其有以下結(jié)構(gòu)形式
1)功能層各層的性能為強(qiáng)-弱-強(qiáng)-弱相間變化；2) 功能層各層的性能為弱3) 功能層各層的性能為弱-強(qiáng)-強(qiáng)-弱相間變化；
4) 功能層各層的性能為強(qiáng)-弱-弱-強(qiáng)相間變化。 本發(fā)明新型梯度復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)雖然改變了防護(hù)前板的結(jié)構(gòu)，但其體
積、質(zhì)量、占據(jù)空間等方面均有優(yōu)勢(shì)。體積其厚度與傳統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)前 板厚度相當(dāng)，因此其不會(huì)增加防護(hù)前板的體積。質(zhì)量本發(fā)明新型梯度 復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)的密度與傳統(tǒng)鋁合金板的密度基本相當(dāng)，不會(huì)增加質(zhì)量。 占據(jù)空間以梯度復(fù)合防護(hù)結(jié)構(gòu)作為防護(hù)結(jié)構(gòu)前板，所占用空間與傳統(tǒng) 鋁合金前板相當(dāng)，小于并優(yōu)于離散多層板防護(hù)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明釆用的復(fù)合前板把功能層的高強(qiáng)度、高硬度與基體材料良好 的延性結(jié)合起來，擊碎空間碎片效果好，本身形成碎片云對(duì)背板威脅??； 功能層材料選擇可以影響碎片云形成，增大碎片云擴(kuò)散角度，令碎片云 膨脹速度低，從而弱化碎片云對(duì)背板3的損傷。
實(shí)施例1
采用70x70mm的復(fù)合前板，基體材料為L(zhǎng)Y12,基體厚度為2. 85mm， 功能層材料為鐵基非晶合金，功能層厚度為0. 15mm。進(jìn)行梯度復(fù)合防護(hù) 結(jié)構(gòu)超高速撞擊實(shí)驗(yàn)，彈丸撞擊速度為3. 5km/s。結(jié)果表明該復(fù)合前板的 防護(hù)功能優(yōu)于傳統(tǒng)的LY12前板。
實(shí)施例2
采用70x70mm的復(fù)合前板，基體材料為L(zhǎng)Y12,基體厚度為2. 85mm， 功能層材料為鐵基非晶合金，功能層厚度為0. 15mm。進(jìn)行梯度復(fù)合防護(hù) 結(jié)構(gòu)超高速撞擊實(shí)驗(yàn)，彈丸撞擊速度為5. 5km/s。結(jié)果表明該復(fù)合前板的 防護(hù)功能優(yōu)于傳統(tǒng)的LY12前板。
實(shí)施例3
采用70x70mm的復(fù)合前板，基體材料為L(zhǎng)Y12,基體厚度為2. 8mm， 功能層材料為TiC-Al (Ni)陶瓷涂層，功能層厚度為0. 2 imn。進(jìn)行梯度復(fù) 合防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊實(shí)驗(yàn)，彈丸撞擊速度為5. 5km/s。結(jié)果表明該復(fù)合 前板的防護(hù)功能優(yōu)于傳統(tǒng)的LY12前板。
權(quán)利要求
1、新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該防護(hù)結(jié)構(gòu)包括功能層和基體層，功能層由2層以上的層合或梯度復(fù)合層構(gòu)成、或功能層為單層結(jié)構(gòu)。
2、 如權(quán)利要求
l所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層包括表層，該表層的強(qiáng)度大于鋁合金材料的強(qiáng)度，硬度大 于鋁合金材料的硬度，所述功能層的厚度在0.01-2.0 mm之間。
3、 如權(quán)利要求
l所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層采用非晶合金、陶瓷或晶態(tài)合金材料制成，其強(qiáng)度范圍為 0.5-5.0 GPa,硬度范圍為2-30 GPa。
4、 如權(quán)利要求
l所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層各層的性能為連續(xù)梯度變化、或?yàn)殚g斷變化。
5、 如權(quán)利要求
4所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層各層的性能為連續(xù)梯度地由強(qiáng)到弱變化、或?yàn)殚g斷地由強(qiáng) 到弱變化。
6、 如權(quán)利要求
4所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)， 述功能層各層的性能為連續(xù)梯度地由弱到強(qiáng)變化、 強(qiáng)變化。
7、 如權(quán)利要求
4所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層各層的性能為強(qiáng)-弱-強(qiáng)-弱相間變化。
8、 如權(quán)利要求
4所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層各層的性能為弱-強(qiáng)-弱-強(qiáng)相間變化。
9、 如權(quán)利要求
4所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層各層的性能為弱-強(qiáng)-強(qiáng)-弱相間變化。
10、 如權(quán)利要求
4所述的新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述功能層各層的性能為強(qiáng)-弱-弱-強(qiáng)相間變化。其特征在于，所 或間斷地由弱到
專利摘要
本發(fā)明公開了一種新型梯度復(fù)合空間防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括功能層和基體層，功能層由2層以上的層合或梯度復(fù)合層構(gòu)成、或功能層為單層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)重量基本不增加的前提下，通過對(duì)防護(hù)前板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并用強(qiáng)度和硬度更高的材料來替換或部分替換鋁合金材料，在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)重量基本不增加的前提下可有效破碎撞擊來的碎片。
文檔編號(hào)F41H5/04GKCN101603799SQ200910088494
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月3日
發(fā)明者關(guān)永軍, 中 凌, 劉宗德, 張虎生, 戴蘭宏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan