第8期 岳新艳等：碳化硼一泡沫铝双层复合材料的制备及其防弹性能 ·1083· 低韧性，严重地影响其防弹性能，因此可以采取成分 及结构复合的方式来提高B,C陶瓷的韧性.泡沫铝 是一种在铝或铝合金骨架中含有大量结构及分布可 控的孔洞，并以孔洞作为复合相的新型铝基复合材 料.泡沫铝是多孔材料，具有质量轻、减震和优异的 碳化硼陶瓷层 能量吸收特性，是一种非常流行的作为保护层的吸 能材料-0.复合装甲车中利用泡沫铝吸能，可使 穿甲弹和破甲弹作用力分散，阻止其进入内部.本 泡沫铝层 研究将B,C陶瓷和泡沫铝制备成层状结构复合材 料，以期获得很好的防弹性能，并通过实弹靶试试 验着重研究了该层状复合材料的防弹性能。目前， 图1双层复合材料的结构示意图 这种碳化硼一泡沫铝双层复合材料在文献中尚未 Fig.I Schematic illustration of bilayer composite materials 见报道 描电子显微镜(SEM)观察试样的显微形貌，并通过 1实验方法 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.图2为碳化硼一泡沫铝双层复合材料制 实验采用热压B,C陶瓷和发泡法得到的泡沫 备的靶板实物照片，靶板直径为90mm,采用45钢 铝，利用环氧树脂黏结制备出碳化硼一泡沫铝双层 作为约束.图3为实弹靶试试验过程示意图，选用 复合材料，其结构示意图如图1所示.B,C陶瓷层 603装甲钢做背板，双层复合材料靶板的迎弹面为 的作用是利用B,C超高的硬度来消耗弹丸的动能， B,C陶瓷层.靶试试验在中国兵器工业第五二研究 泡沫铝层的作用是利用泡沫铝的三维网络结构吸收 所烟台分所冲击环境材料技术重点实验室的穿甲模 剩余能量.热压B,C陶瓷层采用表1所示的原料配 拟实验室进行，分别采用7.62mm和12.7mm穿甲 方，通过1900℃热压烧结而成：泡沫铝层使用质量 燃烧弹对碳化硼一泡沫铝双层复合材料进行实弹试 分数99%的A1-Si合金粉末和1%的发泡剂TH2, 验，冲击速度约820m·s,射击距离均为10m.本 在620~640℃下发泡4~8min,经粉末治金发泡法 制得 研究通过碳化硼一泡沫铝双层复合材料的实弹靶试 试验评估了该层状复合材料的防弹性能.将靶试试 表1碳化硼一泡沫铝双层复合材料的配方 验所得数据通过如下公式计算出该材料的防护 Table 1 Compositions of BC-Al foam composite materials with a bilayer 系数回： structure 层的类别 配比（质量比） 层厚/mm N=P×(L-L) (1) P.×6。 B,C陶瓷层 B4C:Ti:碳黑=94.5：2.5：3.0 7.5 式中：N为防护系数：p,为均质装甲钢密度，gcm~3, 泡沫铝层 ASi粉：TH2=99:1 7.5 一般按照7.85g·cm-3来计算：p.为靶板的密度，g· 实验采用X Pert Pro MRD衍射仪(XRD)测定 cm-3;L.为没有靶板时背板穿深，mm;L.为有靶板时 层状复合材料各层的物相组成，利用SSX-550型扫 背板的剩余穿深，mm;δ。为靶板的厚度，mm. (b) 图2碳化硼一泡沫铝双层复合材料靶板实物照片.()碳化硼层：(b)泡沫铝层 Fig.2 Photos of the bilayer B CAl foam target plates:(a)BC layer:(b)aluminum foam layer第 8 期 岳新艳等: 碳化硼--泡沫铝双层复合材料的制备及其防弹性能 低韧性，严重地影响其防弹性能，因此可以采取成分 及结构复合的方式来提高 B4C 陶瓷的韧性． 泡沫铝 是一种在铝或铝合金骨架中含有大量结构及分布可 控的孔洞，并以孔洞作为复合相的新型铝基复合材 料． 泡沫铝是多孔材料，具有质量轻、减震和优异的 能量吸收特性，是一种非常流行的作为保护层的吸 能材料［8 － 10］． 复合装甲车中利用泡沫铝吸能，可使 穿甲弹和破甲弹作用力分散，阻止其进入内部． 本 研究将 B4C 陶瓷和泡沫铝制备成层状结构复合材 料，以期获得很好的防弹性能，并通过实弹靶试试 验着重研究了该层状复合材料的防弹性能． 目前， 这种碳化硼--泡沫铝双层复合材料在文献中尚未 见报道． 1 实验方法 实验采用热压 B4 C 陶瓷和发泡法得到的泡沫 铝，利用环氧树脂黏结制备出碳化硼--泡沫铝双层 复合材料，其结构示意图如图 1 所示． B4 C 陶瓷层 的作用是利用 B4C 超高的硬度来消耗弹丸的动能， 泡沫铝层的作用是利用泡沫铝的三维网络结构吸收 剩余能量． 热压 B4C 陶瓷层采用表 1 所示的原料配 方，通过 1900 ℃ 热压烧结而成; 泡沫铝层使用质量 分数 99% 的 Al--Si 合金粉末和 1% 的发泡剂 TiH2， 在 620 ～ 640 ℃下发泡 4 ～ 8 min，经粉末冶金发泡法 图 2 碳化硼--泡沫铝双层复合材料靶板实物照片． ( a) 碳化硼层; ( b) 泡沫铝层 Fig． 2 Photos of the bilayer B4C-Al foam target plates: ( a) B4C layer; ( b) aluminum foam layer 制得［11］． 表 1 碳化硼--泡沫铝双层复合材料的配方 Table 1 Compositions of B4C-Al foam composite materials with a bilayer structure 层的类别 配比( 质量比) 层厚/mm B4C 陶瓷层 B4C∶ Ti∶ 碳黑 = 94. 5∶ 2. 5∶ 3. 0 7. 5 泡沫铝层 Al--Si 粉∶ TiH2 = 99∶ 1 7. 5 实验采用 X'Pert Pro MＲD 衍射仪( XＲD) 测定 层状复合材料各层的物相组成，利用 SSX--550 型扫 图 1 双层复合材料的结构示意图 Fig． 1 Schematic illustration of bilayer composite materials 描电子显微镜( SEM) 观察试样的显微形貌，并通过 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． 图 2 为碳化硼--泡沫铝双层复合材料制 备的靶板实物照片，靶板直径为 90 mm，采用 45 钢 作为约束． 图 3 为实弹靶试试验过程示意图，选用 603 装甲钢做背板，双层复合材料靶板的迎弹面为 B4C 陶瓷层． 靶试试验在中国兵器工业第五二研究 所烟台分所冲击环境材料技术重点实验室的穿甲模 拟实验室进行，分别采用 7. 62 mm 和 12. 7 mm 穿甲 燃烧弹对碳化硼--泡沫铝双层复合材料进行实弹试 验，冲击速度约 820 m·s － 1，射击距离均为 10 m． 本 研究通过碳化硼--泡沫铝双层复合材料的实弹靶试 试验评估了该层状复合材料的防弹性能． 将靶试试 验所得数据通过如下公式计算出该材料的防护 系数［12］: N = ρs × ( Ls － Lc ) ρc × δc ． ( 1) 式中: N 为防护系数; ρs为均质装甲钢密度，g·cm － 3， 一般按照 7. 85 g·cm － 3来计算; ρc为靶板的密度，g· cm － 3 ; Ls为没有靶板时背板穿深，mm; Lc为有靶板时 背板的剩余穿深，mm; δc为靶板的厚度，mm． · 3801 ·