·1084· 北京科技大学学报 第36卷 603装甲 碳化硼一泡沫铝 弹道枪发射装置 双层复合材料 穿甲燃烧弹 电子测时仪 计算机 图3靶试试验过程示意图 Fig.3 Ballistic testing process 2实验结果与讨论 域为碳化硼基体相.由图5(b)可以看出，碳化硼基 体的致密度较高，且基体相的颜色深浅不一，由X 2.1碳化硼-泡沫铝双层复合材料的物相分析 射线衍射和能谱分析可知，颜色深浅不一的区域均 图4是碳化硼一泡沫铝双层复合材料的X射线 为碳化硼相，这是因为硼碳化合物在B4.oC~B.3C 衍射图谱.图4(a)是碳化硼陶瓷层的X射线衍射 很宽的均相区内，硼碳原子比不同所致.图5（©） 图谱，碳化硼陶瓷层的主相是B,C,并检测到少量的 和()是不同放大倍数的泡沫铝层的形貌照片， TB,和碳黑.在1900℃的热压烧结过程中，烧结助 可以看到泡沫结构理想，相邻孔之间的孔壁厚度 剂Ti与B,C发生反应生成了TB2·图4(b)为泡沫 适宜，泡沫的骨架结构稳定，其中80%左右的孔 铝层的X射线衍射图谱，可知泡沫铝层的主相为 直径为3~5mm,且孔径大小分布较为均匀.由 A山.21Si.7,这同原料合金粉末是一致的.发泡后孔 图5(a)和(b)可知B,C陶瓷层非常致密，其超高 壁上分布的单质Ti是TH,失氢后的产物，孔壁上未 的硬度可以使弹头变钝或破碎，在子弹侵彻过程 见TH,相，表明发泡剂已完全分解. 中消耗高速冲击弹丸的动能：而图5(c)和(d)所 ·BC 示的骨架结构稳定且孔径大小分布均匀的泡沫 o TiB. ■ 铝的三维网络结构可以很好地吸收弹丸的剩余 能量，从而避免陶瓷开裂造成的二次伤害.因此， 从能量吸收与复合效应二个方面考虑，以B,C陶 瓷层为迎弹面，泡沫铝为背板的宏观结构设计， ·AlSio 可使各层的性能优势得到最大限度的发挥，达到 Ti ,i0 防弹之目的. 2.3碳化硼一泡沫铝双层复合材料的防弹性能 通过实弹靶试试验评估碳化硼一泡沫铝双层复 合材料的防弹性能。绝大多数表征防弹性能的方法 10 2030405060 7080 00 209 是针对复合装甲的抗侵彻性能来进行的，本次试验 图4双层复合材料的X射线衍射图谱.(a)B,C陶瓷层：(b) 亦是如此，通过公式计算出的防护系数的大小可以 泡沫铝层 反映出材料抗侵彻性能的好坏，即防护系数越大抗 Fig.4 XRD patterns of the bilayer Ba CAl foam composite materi- 侵彻性能越好.表2为实弹靶试试验结果记录表. als:(a)BaC ceramics layer:(b)aluminum foam layer 从表2中可以看出：对于12.7mm穿甲燃烧弹的实 2.2碳化硼-泡沫铝双层复合材料的显微形貌 弹靶试试验，材料被打穿，背板背凸，无法计算出材 图5是双层复合材料的显微形貌照片.图5 料的防护系数，说明碳化硼一泡沫铝双层复合材料 (a)和(b)是不同放大倍数的碳化硼层.碳化硼陶 对12.7mm穿甲燃烧弹没有防御能力：对于7.62 瓷层主要由灰色和白色相区域组成.结合X射线衍 mm穿甲燃烧弹的实弹靶试试验，背板穿深在2.2~ 射物相分析和能谱分析可知，图5(a)中白色区域为 2.4mm之间，其防护系数范围在5.06~5.12之间， 添加的金属Ti和B,C反应所生成的TB,相，灰色区 说明碳化硼-泡沫铝双层复合材料对7.62mm穿甲北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 3 靶试试验过程示意图 Fig． 3 Ballistic testing process 2 实验结果与讨论 2. 1 碳化硼--泡沫铝双层复合材料的物相分析 图 4 是碳化硼--泡沫铝双层复合材料的 X 射线 衍射图谱． 图 4( a) 是碳化硼陶瓷层的 X 射线衍射 图谱，碳化硼陶瓷层的主相是 B4C，并检测到少量的 TiB2和碳黑． 在 1900 ℃ 的热压烧结过程中，烧结助 剂 Ti 与 B4C 发生反应生成了 TiB2 ． 图 4( b) 为泡沫 铝层的 X 射线衍射图谱，可知泡沫铝层的主相为 Al3. 21 Si0. 47，这同原料合金粉末是一致的． 发泡后孔 壁上分布的单质 Ti 是 TiH2失氢后的产物，孔壁上未 见 TiH2相，表明发泡剂已完全分解． 图 4 双层复合材料的 X 射线衍射图谱 . ( a) B4 C 陶瓷层; ( b) 泡沫铝层 Fig． 4 XＲD patterns of the bilayer B4 C-Al foam composite materi￾als: ( a) B4C ceramics layer; ( b) aluminum foam layer 2. 2 碳化硼--泡沫铝双层复合材料的显微形貌 图 5 是双层复合材料的显微形貌照片． 图 5 ( a) 和( b) 是不同放大倍数的碳化硼层． 碳化硼陶 瓷层主要由灰色和白色相区域组成． 结合 X 射线衍 射物相分析和能谱分析可知，图 5( a) 中白色区域为 添加的金属 Ti 和 B4C 反应所生成的 TiB2相，灰色区 域为碳化硼基体相． 由图 5( b) 可以看出，碳化硼基 体的致密度较高，且基体相的颜色深浅不一，由 X 射线衍射和能谱分析可知，颜色深浅不一的区域均 为碳化硼相，这是因为硼碳化合物在 B4. 0 C ～ B10. 3 C 很宽的均相区内，硼碳原子比不同所致． 图 5( c) 和( d) 是不同放大倍数的泡沫铝层的形貌照片， 可以看到泡沫结构理想，相邻孔之间的孔壁厚度 适宜，泡沫的骨架结构稳定，其中 80% 左右的孔 直径为3 ～ 5 mm，且孔径大小分布较为均匀． 由 图 5( a) 和( b) 可知 B4C 陶瓷层非常致密，其超高 的硬度可以使弹头变钝或破碎，在子弹侵彻过程 中消耗高速冲击弹丸的动能; 而图 5 ( c) 和( d) 所 示的骨架结构稳定且孔径大小分布均匀的泡沫 铝的三维网络结构可以很好地吸收弹丸的剩余 能量，从而避免陶瓷开裂造成的二次伤害． 因此， 从能量吸收与复合效应二个方面考虑，以 B4 C 陶 瓷层为迎弹面，泡沫铝为背板的宏观结构设计， 可使各层的性能优势得到最大限度的发挥，达到 防弹之目的． 2. 3 碳化硼--泡沫铝双层复合材料的防弹性能 通过实弹靶试试验评估碳化硼--泡沫铝双层复 合材料的防弹性能． 绝大多数表征防弹性能的方法 是针对复合装甲的抗侵彻性能来进行的，本次试验 亦是如此，通过公式计算出的防护系数的大小可以 反映出材料抗侵彻性能的好坏，即防护系数越大抗 侵彻性能越好． 表 2 为实弹靶试试验结果记录表． 从表 2 中可以看出: 对于 12. 7 mm 穿甲燃烧弹的实 弹靶试试验，材料被打穿，背板背凸，无法计算出材 料的防护系数，说明碳化硼--泡沫铝双层复合材料 对 12. 7 mm 穿甲燃烧弹没有防御能力; 对于 7. 62 mm 穿甲燃烧弹的实弹靶试试验，背板穿深在 2. 2 ～ 2. 4 mm 之间，其防护系数范围在 5. 06 ～ 5. 12 之间， 说明碳化硼--泡沫铝双层复合材料对 7. 62 mm 穿甲 · 4801 ·