一种防弹板的制造方法与设备

本发明应用快速压铸方法制造的大块非晶金属合金防弹板，具有弹性好、硬度高、抗击穿等性能，能够有效消耗各种轻武器射击弹头动能，可以用于制作人体、车辆、飞行器及重要设施的防弹装备。其技术属于新材料应用领域。

非晶金属又称为液体金属、或玻璃金属。熔融状态的金属液体在极速(百万分之一秒)冷却状况下，金属液体中的原子来不及移动形成有序晶格就以无序状态凝固成固体。这种固体被称之为非晶金属。由于非晶金属固体内部原子分布具有液体的特征，(也称为玻璃态特征)所以，非晶金属内部微观结构与普通金属内部原子有序排列构成晶格的微观结构迥异。这种金属内部原子分布状态的改变，直接导致金属性能发生了令人吃惊的变异。譬如，非晶金属不存在晶格，也就没有晶格之间的滑动和晶格缺陷，因而非晶金属没有普通金属的延展性。正因为非晶金属内部金属原子分布的处于微观无序状态，在宏观上反而获得了质地紧密、均匀、无结构性缺陷的玻璃态特性。这一特性决定了非晶金属具有普通金属难以媲美的刚性、韧性、弹性和化学稳定性。由于极速冷却方法不但成本高昂且很难获得大体积的非晶金属，通常这种方法只能用于制造薄片状或粉末状的非晶金属。

大体积的非晶金属又称大块非晶金属合金。现有的大块非晶金属合金制造技术是利用原子体积相差较大的几种金属，按照一定的配比混合，在加热熔融时，由于金属原子体积相差较大，在液态下定向移动困难，所以在凝固时难以组合形成有序晶格，从而获得大块非晶金属合金。因此，通过设计恰当的金属组分和配比，就可以在非极速冷却条件下，得到原子呈无序状态的大块非晶金属合金。大块非晶金属合金熔融为液体时，具有较好的流动性和填充性，并且在凝固时，与普通金属不同，它没有体积膨胀或缩小现象，非常适于通过精密铸造一次成型制造大块非晶金属合金产品。此外，大块非晶金属合金材料在受到极强冲击力时，例如弹头击中时，不会变形，而是以破裂的方式消耗掉大部分冲击动能，因此，大块非晶金属合金是制造防弹装备的极佳材料。

现有用于制造防弹装备的材料主要是硬质合金钢、硬质陶瓷、高强纤维。但是，这些材料并不十分理想。例如硬质合金钢中的钨钢制作的防弹装备，存在比重大、成本高的不足。硬质陶瓷中的三氧化二铝(亦称刚玉)陶瓷制作的防弹装备，存在成本高、易碎等不足。高强纤维中的有机聚合纤维制作的防弹装备，存在成本高、体积大的不足。大块非晶金属合金与上述现有防弹材料相比，在硬度、弹性、韧性、抗冲击性、重量、成本方面均有显著优势，可以作为防弹材料的换代产品。本发明：

采用以铝、镍、铜、锌、钛、锆为主要组分的大块非晶金属合金原料配方，解决了制造具有极佳防弹功能的大块非晶金属合金的原料问题。

采用非真空常压条件下，利用不活泼气体阻隔空气的高频熔炼方法，可以避免熔炼过程发生氧化反应而产生杂质，影响大块非晶金属合金质量。同时这种方法与目前常用的真空熔炼设备相比，既简化了工艺流程，又降低了设备成本，而且这种高频熔炼还可以提高金属原料熔化速度和生产效率。

采用压铸机铸造，可以使非晶金属液体快速充满模具，同时消除了大块非晶金属合金铸造件内部可能存在的气体孔穴。

采用具有热油循环控制温度设计的金属铜模具压铸，可以提高非晶金属液体的流动性及加快散热速度，有利于快速制造各种形状的防弹装备。

采用组合的防弹板单元经热压复合多层高强纤维面料工艺制造的单元组合防弹板可以避免因局部中弹造成大面积防弹板破裂，而影响二次中弹时的防弹效果。复合多层高强纤维面料既方便防弹板单元拼装，又可以阻挡因防弹板中弹后防弹板单元开裂发生碎片溅射时，造成对人员或装备的损害。

附图1是生产设备结构示意图。

本发明制造大块非晶金属合金防弹板单元(20)及单元组合体(19)工艺流程为：

把按照配方将铝、镍、铜、锌、钛、锆混合，在真空条件下加热熔融，冷却后制成的大块非晶金属合金碎料(4)，装入碎料仓(5)，依据一次压铸防弹板单元(20)的数量和重量，确定耐火陶瓷坩埚(2)的容积和大块非晶金属合金碎料(4)的装填量，然后从碎料仓(5)将大块非晶金属合金碎料(4)定量装填耐火陶瓷坩埚(2)。

开启油温控制柜(9)，将油温加热至设定温度，热油通过内置热油通道(16)将金属铜模具(8)即前模具(13)、后模具(14)，加热后，保持恒温。

向压铸系统密封罩(10)通入比空气重的惰性气体氩气(11)，将压铸系统密封罩(10)内空气由压铸系统密封罩(10)上方排气管道(12)驱逐干净，保持压铸系统密封罩(10)内呈正压状态，防止空气进入；开启高频电源(1)接通坩埚外壁缠绕的高频加热线圈(3)，加热大块非晶金属合金碎料(4)，熔融成为大块非晶金属合金液体(6)后，灌入压铸机(7)。

开启压铸机(7)，将大块非晶金属合金液体(6)由前模具(13)中心进水口(15)压入后模具(14)水道(18)和防弹板成型模槽(17)。在设定的时间内，打开金属铜模具(8)，顶出防弹板单元(20)铸件。

打磨防弹板单元(20)毛刺，将若干防弹板单元(20)按照单元组合体(19)规格拼排为平面，用热固胶与多层高强纤维面料(21)胶合，在加热条件下压制成型后，检测包装。