專利名稱：：透明玻璃-陶瓷裝甲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及可用于彈道防護的透明玻璃-陶瓷裝甲。具體地說，本發(fā)明涉及提供彈道防護，同時在可見和紅外(夜視)電磁光譜范圍內(nèi)透明的玻璃-陶瓷裝甲。
背景技術(shù)：
：透明裝甲是設(shè)計用來提供彈道防護，同時保持光學(xué)透明的材料。這類材料可用在戰(zhàn)爭和非戰(zhàn)爭情況下(例如，控制暴動)，用于窗(車輛和建筑)、防護面罩、以及設(shè)備如傳感器的防護罩，以及其它用途。雖然對于各個具體的用途有具體的要求，但是這些要求對于大多數(shù)系統(tǒng)或裝置是普遍適用的。具體地說，對于透明裝甲的主要要求是其不僅能擊敗特定的威脅，還能經(jīng)受打擊而不破壞包圍所述打擊的區(qū)域內(nèi)的視線。可能是最優(yōu)化的其它的要求取決于具體的用途。這些其它要求包括重量、空間效率和成本-性能比。雖然有關(guān)透明裝甲的許多問題可通過增加裝甲的厚度來解決，但是這一解決方案是不理想的，因為這增加了人或車輛必須承載的重量，增加了變形，因而降低了透明度(因為材料的厚度)，并且在車輛中是不實用的(因為空間限制)。用于彈道防護(透明裝甲)的透明材料包括(a)聚合物材料，最普通的是聚碳酸酯。這是廉價的材料，可容易地制得，并提供對小碎片良好的防護。它通常用于護目鏡、面罩(visor)、防護面罩(faceshield)和4眼鏡"片"。也已經(jīng)研究了其它塑料如透明尼龍類、丙烯酸酯類和聚氨酯類，但是它們的耐用性(例如，對紫外輻射)和光學(xué)性能限制了它們的應(yīng)用。(b)常規(guī)的玻璃如堿石灰和硼硅酸鹽玻璃通常使用漂浮工藝制造。這些材料成本低，但是對于更輕重量、改善的光學(xué)性能和彈道性能的增長的需求已經(jīng)產(chǎn)生了對改進的材料的需求。(c)結(jié)晶材料如氧氮化鋁(A10N)、單晶氧化鋁(青玉)和尖晶石(MgAl204)是目前正在考慮的主要材料。(d)玻璃-陶瓷材料(i)一種玻璃-陶瓷材料是透明臂(TranSArmTM)，得自阿爾斯通英國有限公司(AlstomUKLtd.)的焦硅酸鋰玻璃-陶瓷。由于其對球形物和小碎片優(yōu)越的重量效率，透明臂具有增加防護裝置如用于爆炸性軍火處置的防護面罩的性能的潛力。對這些材料的沖擊性能的研究顯示，與非晶玻璃相比，所述玻璃-陶瓷具有高的后-失敗(post-failure)強度。(ii)美國專利5,060,553(Jones，1991)描述了基于粘結(jié)到吸收能量的、含纖維的背襯層上的玻璃-陶瓷的裝甲材料。該專利中所列的玻璃組合物可用來制造玻璃-陶瓷材料，包括硅酸鋅鋰、鋁硅酸鋰、鋁硅酸鋅鋰、硅酸鎂鋰、鋁硅酸鎂,丐、硅酸鋅鎂、硅酸鋅鎂鈣、鋁硅酸鋅系統(tǒng)磷酸鈣、硅磷酸鈣和硅酸鋇。雖然對所得的玻璃-陶瓷組合物的透明度沒有規(guī)定，但是填充纖維的背襯層的使用會使得這些復(fù)合物變得不透明。(iii)美國專利5,496,640(Bolton和Smith,1996)描述了耐火和耐沖擊的透明層壓物，它包含平行的玻璃-陶瓷片和聚合物片，目的用途是用于能耐受高熱和直接的火焰的安全或裝甲玻璃。該專利中列舉的材料包括市售的玻璃板、浮法玻璃或玻璃片組合物、退火玻璃、鋼化玻璃、化學(xué)增強的玻璃、耐熱(PYREX⑧)玻璃、硼硅酸鹽玻璃、含鋰玻璃、耐高溫玻璃(PYROCERAM)、含鋰陶瓷、微晶陶瓷、以及各種聚合物材料。除了上述材料外，也研究了用于彈道防護的其它材料和方法。美國專利5,045,371(Calkins，1991)描述了具有有預(yù)成形的陶瓷材料的顆粒遍布在其中的堿石灰玻璃基質(zhì)的玻璃復(fù)合物裝甲。因此，所述陶瓷材料不是就地生長的，因為是玻璃-陶瓷的情況。美國專利2005/0119104A1(Alexander等)描述了基于鈣長石(CaAl2Si208)玻璃-陶瓷的不透明的(不是透明的)裝甲。雖然上述材料和方法具有承擔(dān)得起的彈道防護，但是也非常需要對透明裝甲材料系統(tǒng)的區(qū)域進行改進，因為AMPTIAC實事通訊(2000年秋天)已經(jīng)提出了，"未來的戰(zhàn)爭環(huán)境將需要輕質(zhì)的、威脅可調(diào)整的、多功能的和可承擔(dān)得起的裝甲，這是目前的玻璃/聚碳酸酯技術(shù)所不能滿足的"。本發(fā)明具體涉及新的、成本低的、威脅有效的材料系統(tǒng)透明裝甲系統(tǒng)，滿足了這些要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一方面涉及用作透明裝甲材料的玻璃-陶瓷材料。本發(fā)明的玻璃-陶瓷材料的穿甲彈道極限與面密度的行斜率為l.O或更大，較佳的是1.1或更大，更好是1.2或更大。滿足上述規(guī)定的任何玻璃-陶瓷材料可用于裝甲系統(tǒng)。雖然不對本發(fā)明進行限制，但這些材料的例子是這樣的玻璃-陶瓷，其中晶體相是P-石英、尖晶石、(3-硅鋅礦、鎂橄欖石、尖晶石固溶體、莫來石、以及現(xiàn)有技術(shù)中己知的類似的玻璃-陶瓷。在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述玻璃-陶瓷材料的微晶尺寸為30nm或更小。通常，所述玻璃-陶瓷中存在的90%或更多的微晶的尺寸為30nm或更小。本發(fā)明另一方面涉及穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.2或更大的玻璃-陶瓷材料。本發(fā)明的另一個實施方式涉及一種復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其中，玻璃-陶瓷元件構(gòu)成其至少一個組成部分，所述玻璃-陶瓷材料具有尺寸為30nm或更小的微晶，并且穿甲彈道極限與面密度的行斜率為l.O或更大。在另一個實施方式中，所述玻璃-陶瓷是尖晶石或尖晶石固溶體，其中，所述微晶的尺寸為30mn或更小，所述玻璃-陶瓷中的尖晶石微晶的百分比為35%或更小。在另一個實施方式中，所述玻璃-陶瓷是P-石英玻璃-陶瓷，其中，所述微晶的尺寸為30nm或更小，所述玻璃-陶瓷中的P-石英微晶的百分比為30%或更大。在優(yōu)選的P-石英的實施方式中，百分比為50%或更大；在更優(yōu)選的實施方式中，百分比為85%或更大。對于尖晶石、尖晶石固溶體和P-石英陶瓷-玻璃，所述玻璃-陶瓷中存在的90%或更多的微晶的尺寸為30nm或更小。該復(fù)合裝甲系統(tǒng)的其它組成部分可選自透明材料，包括聚合物類、聚碳酸酯類、尼龍類、聚丙烯酸酯類、其它玻璃-陶瓷組合物、多晶或單晶材料、玻璃如堿石灰和硼硅酸鹽玻璃、以及本文中以及本文中引用的專利和參考文獻中描述的其它透明材料，它們是現(xiàn)有技術(shù)中已知可用于透明裝甲系統(tǒng)的。圖1是穿甲彈道極限與面密度的關(guān)系圖，示出了有代表性的玻璃-陶瓷材料與硅酸鹽玻璃材料相比優(yōu)越的發(fā)射停止能力。具體實施例方式本文中使用的短語"穿甲彈道極限與面密度的行斜率"是指圖1所示的圖，其中，穿甲彈道極限V5o的單位為英尺/秒，面密度的單位為磅/平方英尺，該短語是指包括任何類似的穿甲彈道極限與面密度的圖，與使用的單位體系無關(guān)。術(shù)語V5o表示靶有50%的可能性被發(fā)射物擊穿的發(fā)射速度。根據(jù)本發(fā)明可用于透明裝甲用途的玻璃-陶瓷材料的斜率大于圖1的參照材料(維克(Vycor⑧)牌玻璃)的標(biāo)準斜率(即，用于所有對比測定的標(biāo)準)。維克玻璃的斜率指定為標(biāo)準值1.0，根據(jù)本發(fā)明可用的所有玻璃-陶瓷的斜率大于1.0。例如，非限制性地，相對于1.0的標(biāo)準維克斜率，根據(jù)本發(fā)明可用于透明裝甲用途的玻璃-陶瓷的斜率為1.1或更大，1.2或更大等。本文中使用的短語"斜率大于1.0"或"穿甲彈道極限與面密度的行斜率至少為1.0"及類似的短語均指前述。本文中所有的結(jié)晶度百分數(shù)是體積百分數(shù)(V.%)。所有的組合物百分數(shù)為重量百分數(shù)(wt.%)。因為透明裝甲系統(tǒng)需要滿足更為嚴格的彈道要求，同時需要減輕重量和降低成本，使用與聚合物材料層壓的常規(guī)玻璃片的傳統(tǒng)設(shè)計已變得不能接受。具體地說，為了增加彈道性能，要增加更多的玻璃，使得總的裝甲重量對于用戶或車輛而言變得無法承受。結(jié)果，在這些開發(fā)和使用透明裝甲的研究人員中達成共識，主要的解決方案在于創(chuàng)新材料而不是使用更多相同的玻璃。本發(fā)明基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即穿甲彈道極限與面密度的行斜率大于1.0的透明材料特別適用于透明裝甲系統(tǒng)。本發(fā)明涉及將透明玻璃-陶瓷用于各種裝甲系統(tǒng)。應(yīng)用包括用于陸上車輛和航空器以及個人防護設(shè)備的裝甲系統(tǒng)。這些透明玻璃-陶瓷的光學(xué)性能滿足大多數(shù)軍用裝甲系統(tǒng)的可見光透明度以及近紅外(IR)透明度要求?？捎糜诒景l(fā)明的裝甲系統(tǒng)的材料的例子包括那些滿足本文中所述的穿甲彈道極限與面密度(BL與AD)標(biāo)準的玻璃陶瓷。這些玻璃-陶瓷包括，但不限于這樣的玻璃-陶瓷，其中晶體相是(3-石英、尖晶石、(5-硅鋅礦、鎂橄欖石、尖晶石固溶體、莫來石、以及有技術(shù)中已知的透明的類似的玻璃-陶瓷。這些材料的低密度與較高的穿甲彈道極限的組合提供了兩種重要的特性中的一種或兩種。第一種特性是所述材料能夠以較低材料厚度達到與玻璃相等的彈道性能的能力，從而提供用于裝甲系統(tǒng)的臨界所需的低重量。第二種特性是所述材料在用于層壓系統(tǒng)中時，能夠在使用用于現(xiàn)有的透明裝甲系統(tǒng)的相同的層壓厚度下實現(xiàn)優(yōu)越得彈道性能。舉例來說，其中晶體相是(3-石英、尖晶石或尖晶石固溶體的玻璃-陶瓷是本文的表格中例舉的晶體相。通常認為，材料的硬度和斷裂韌度影響其彈道性能，但是在經(jīng)過了幾十年的研究后仍舊難以找到準確的聯(lián)系(參見J丄Swab的"用于測定裝甲陶瓷的硬度的推薦方法"(RecommendationfordeterminingtheHardnessofArmorCeramics)，Int.J,Appl.Ceram.Technol.1[3](2004)，第219-225頁)。例如，作為一類非限制性的材料，(3-石英玻璃-陶瓷綜合了玻璃的加工性和許多晶體材料的性能強度，并提供了用于性能優(yōu)化的較寬設(shè)計空間以及用于較寬范圍用途的成本優(yōu)勢。此外，(3-石英玻璃-陶瓷提供了開發(fā)可用于多種用途(包括非軍用、非執(zhí)法用途)的材料的可能性，因而提供了可進一步降低成本以有利于所有用途的經(jīng)濟規(guī)模，尤其是其本身不具有足夠的體積的情況。具有不同晶體相的其它玻璃-陶瓷提供了類似的優(yōu)點。在下文的論述中，雖然將具有(3-石英作為晶體相的玻璃-陶瓷作為例子，但是要明白，可使用具有不同晶體相的其它玻璃-陶瓷材料，或者甚至晶體相的組合，只要它們滿足BL與AD標(biāo)準。在一些透明裝甲用途中，p-石英材料本身就足以提供彈道防護。但是，在使用卩-石英或尖晶石玻璃-陶瓷的優(yōu)選彈道防護系統(tǒng)中，一片或多片玻璃-陶瓷材料層壓在具有作為背襯或"碎片捕獲器"的聚合物材料的復(fù)合多層結(jié)構(gòu)中。這是與常規(guī)的玻璃材料使用的相同的技術(shù)，但是使用不同的、優(yōu)越的創(chuàng)新材料，玻璃-陶瓷如P-石英玻璃-陶瓷。復(fù)合結(jié)構(gòu)中層的數(shù)量和次序取決于威脅類型，所述裝甲系統(tǒng)設(shè)計為攻擊。在--些情況下，有利的是在玻璃-陶瓷片中或之間加入一片或多片聚合物片用于優(yōu)化性能。在其他情況下，理想的是使用比玻璃-陶瓷更硬的材料作為撞擊表面以改善對更多潛在的威脅如穿甲彈的彈道防護。這些硬材料可以是晶體材料如氧氮化鋁或尖晶石，或者可以是硬玻璃，或者甚至其它硬度高于P-石英玻璃-陶瓷的玻璃-陶瓷。所述聚合物片或?qū)娱g粘合劑材料可選自目前的裝甲技術(shù)中使用的材料。選擇所述聚合物材料和粘合劑時一些考慮因素包括與玻璃-陶瓷匹配的折射率，與玻璃-陶瓷的化學(xué)和機械相容性，彈道性能，以及在可能的使用環(huán)境范圍內(nèi)的裝甲系統(tǒng)的環(huán)境性能。本發(fā)明的玻璃-陶瓷材料在耐射彈(包括裝甲穿透(硬鋼核)型射彈)穿透方面比常規(guī)的玻璃具有明顯的優(yōu)點。當(dāng)穿甲彈道極限(停止射彈的能力，單位英寸/秒)對厚度或面密度(單位磅/平方英寸)作圖時，玻璃-陶瓷與玻璃相比顯示出更斜的斜率。這表明，在預(yù)定的速度(例如用于一類子彈的初速度)下停止射彈需要與常規(guī)玻璃相比更少(厚度或面密度)的玻璃-陶瓷材料。這示于圖1，維克牌玻璃是常規(guī)的玻璃。假定質(zhì)量密度類似，這解釋為與基于常規(guī)的玻璃的情況相比，對于玻璃-陶瓷基裝甲方案而言，需要更小的重量。目前所知，本發(fā)明的發(fā)明人，以及受讓人康寧股份有限公司是第一個，也是僅有的意識到這一傾斜的斜率及其對透明裝甲用途的意義的人。所述玻璃-陶瓷提供與完全晶體材料(即，與通常具有非晶相和晶體相的多相玻璃-陶瓷材料相反，其中僅有的相是晶體相的材料)相比的成本優(yōu)勢。雖然晶體相已經(jīng)顯示出基于重量效率的威脅范圍內(nèi)的非常好的彈道性能，但是其并非成本有效的。例如，晶體氧氮化鋁、尖晶石和青玉具有所有證實的重量效率，所述重量效率比玻璃的大三倍以上。這意味著，使用這些晶體材料的裝甲系統(tǒng)能以比玻璃基系統(tǒng)的總重量的三分之一低的重量停止相同的射彈。但是，透明晶體材料使用非常昂貴的粉末加工方法(用于氧氮化鋁和尖晶石)或晶體生長方法(用于青玉)。這些方法本身是非常貴的，具有較低的產(chǎn)率，并且不能導(dǎo)致生產(chǎn)大尺寸的片。除了生產(chǎn)成本，精加工和拋光這些晶體材料是非常昂貴的，通常對總的材料成本增加40-100%。制造可用于面罩、車窗、暴動防護盾和類似設(shè)備的彎曲的片會進一步增加復(fù)雜性和成本。結(jié)果，這些高性能材料目前并不應(yīng)用在研究實驗室外，而是用于可預(yù)見的未來。相反地，透明(3-石英玻璃-陶瓷已制造成平坦的輥狀片和彎曲的形狀很多年，這兩種形狀都可用于制造透明裝甲。玻璃-陶瓷是通過玻璃的受控析晶制得的微晶固體。玻璃被熔融，制造成型，然后通過熱處理轉(zhuǎn)化為晶體占主導(dǎo)地位的陶瓷，這使用現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法進行，現(xiàn)有技術(shù)例如美國專利5070045、6531420、6632758、6936444和7001861(均轉(zhuǎn)讓給康寧股份有限公司)。受控結(jié)晶化的基礎(chǔ)在于有效的內(nèi)部成核，這允許生成細的，隨機取向的晶粒，而不具有空隙、微裂縫或其它孔隙。與玻璃和陶瓷一樣，玻璃-陶瓷是易碎的材料，其顯示出彈性性能高達導(dǎo)致破裂的應(yīng)力點。但是，由于晶體微結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，在玻璃-陶瓷中的機械性能，包括強度、彈性、斷裂韌度和耐磨性，比在玻璃中的高。在玻璃陶瓷中存在均勻分布的晶體導(dǎo)致了裂縫的偏移和鈍化，從而提供了高的耐斷裂蔓延性。使用P-石英作為例舉的材料，能夠形成具有25%或更多的尺寸為30nm或更小的P-石英晶體的玻璃-陶瓷材料的任何組合物可用于本發(fā)明中。僅舉例來說，一種用于制造透明玻璃-陶瓷，含有至少85%的尺寸為30nm或更小的卩-石英晶體的這樣組合物含有，以重量％計，60-80%SiO2、15-30%八1203和l-5%Li20?？纱嬖谟谠摻M合物中的任選的組分，也以重量％計，包括最多5%的MgO、ZnO、BaO和SrO及其混合物；最多6%1102，最多l(xiāng)%As203;以及最多2%的各個Na20和K20。僅僅通過例舉的方式，落在前述組合物中的更具體的例子是下表1中示出的玻璃-陶瓷組合物，對于大于20重量％的值，所有的重量％為給定量的土10%，對于小于20重量％的值，所有的重量％為給定量的±5%。該材料可根據(jù)美國專利5070045陶瓷化。該組合物對應(yīng)于表2中的GC-2。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>用于一些透明(3-石英和尖晶石玻璃-陶瓷以及一種硬光學(xué)玻璃的比較物理性能示于下表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*揚氏模量，103N/mm2;KHN:努普硬度s.s尸固溶體表2(續(xù)表)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*揚氏模量，103N/mm2;KHN二努普硬度s.s,固溶體可用于實施本發(fā)明的透明尖晶石玻璃-陶瓷組合物A-L的非限制性的其它例子示于表3。通常，所述尖晶石具有這樣的組成以重量°/。計，40-70%SiO2、15-25%A1203、7-20%ZnO、0-6%MgO、0-4%BaO、0-2%CaO、0-5%K2O、0-5%Na2O、l-8%Ti02、l-8%Zr02禾B0.5±0，3%As205。對于所述透明尖晶石玻璃-陶瓷組合物的第一個標(biāo)準是其穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.0或更大，較佳的是1.1或更大，更好是1.2或更大。加入堿金屬還可用于減少玻璃-陶瓷中的顏色。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>應(yīng)該明白，在陶瓷化后產(chǎn)生透明尖晶石玻璃-陶瓷材料的其它組合物也可用于本發(fā)明中，只要它們的穿甲彈道極限與面密度的行斜率也為i.o或更大，較佳的是l.l或更大，更好是1.2或更大。盡管經(jīng)過多年的大量的工作，靜態(tài)材料性能和彈道性能的準確關(guān)聯(lián)至今仍然難以找到。已經(jīng)提出的一種假設(shè)是理想的裝甲材料需要具有足夠的硬度以使射彈破裂，但是高于特定的臨界值的硬度不再表示性能。如果可以實現(xiàn)其它機械性能如斷裂韌度的優(yōu)化，同時硬度高于臨界值，也可優(yōu)化裝甲性能。玻璃-陶瓷理想地提供了這種可能性?；谏鲜黾僭O(shè)和理解，現(xiàn)已測試了各種結(jié)構(gòu)中的試驗和市售透明玻璃-陶瓷。這些玻璃-陶瓷包括各種尖晶石型玻璃-陶瓷，例子為(GC-6);9664號康寧玻璃(GC-7)和添加了氧化鋁的9664號玻璃的變體(GC-8和GC-9)。測試的(3-石英玻璃-陶瓷包括康寧享有專利權(quán)的P-石英玻璃-陶瓷(GC-2)和另一種市售的玻璃-陶瓷材料(GC-l)。測試的其它材料包括硬光學(xué)玻璃和另一種尖晶石(GC-4)。在兩種不同的厚度下，以聚碳酸酯作為背襯的GC-2和維克玻璃產(chǎn)生了令人感興趣的現(xiàn)象。以聚碳酸酯作為背襯的玻璃-陶瓷材料具有示于圖1的高重量效率斜率?；谄駷橹沟慕Y(jié)果，認為這一高斜率在最高約1英寸(2.54cm)的厚度內(nèi)保持有效且是線性的。這一高斜率預(yù)計1英寸厚的GC-2能夠停止初速度為2750英尺/秒的7.62mmAP(抗人體)子彈。相反地，需要超過2英寸(5.08cm)的維克玻璃去停止相同的子彈。圖1是穿甲彈道極限與面密度的關(guān)系圖，示出了與玻璃材料相比，有代表性的玻璃-陶瓷材料的優(yōu)越的射彈停止能力(兩種材料都是以聚碳酸酯作為背襯的)。陶瓷材料GC-2的行斜率大于維克牌參照玻璃的行斜率，即，大于l.O。根據(jù)試驗結(jié)果，適用于透明裝甲用途的P-石英玻璃-陶瓷材料應(yīng)具有25或更大的結(jié)晶度，并且其穿甲彈道極限與面密度的行斜率大于1.0，較佳的是1.1或更大。在優(yōu)選的實施方式中，結(jié)晶度為50%或更大，斜率為l.l或更大。在另一個優(yōu)選的(5-石英的實施方式中，結(jié)晶度為85%或更大。在前述內(nèi)容的另一個優(yōu)選的實施方式中，穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.2或更大。到目前為止有限的彈道測試表明，l英寸(2.54cm)的全玻璃-陶瓷層壓物應(yīng)能夠進行2-3英寸(約5.1-7.6cm)的常規(guī)玻璃的彈道等價行為。在上述全透明層壓物上進行的所有測試使用半英寸(1.27cm)的聚碳酸酯作為碎片捕獲層，與目前可得到裝甲系統(tǒng)類似。在本文中的別處所示，對靜態(tài)材料性能與彈道性能的準確關(guān)聯(lián)的認識匱乏。一種假設(shè)是理想的裝甲材料需要具有足夠的硬度以使射彈破裂，但是當(dāng)高于特定的臨界值時，硬度不再表示性能。對于尖晶石玻璃-陶瓷，這一假設(shè)是由使用這些材料得到的700-730的中等努普硬度值支持的。另外，尖晶石玻璃-陶瓷本身的微結(jié)構(gòu)一10-20nm硬的尖晶石納米顆粒均勻地遍布在連續(xù)的較低膨脹率的、"較軟的"玻璃相中，能夠提供增強的彈道防護。哈塞爾曼(Hasselman)和富爾拉斯(Fulrath)在"分散強化玻璃基質(zhì)的建議的斷裂理論"(Proposedfracturetheoryofadispersionstrengthenedglassmatrix)(J.Am.Ceram.Soc.49，68-72，1966)中提出了一種斷裂理論，其中，在玻璃內(nèi)的硬質(zhì)球狀晶體分散體會限制可在表面上產(chǎn)生的裂縫的尺寸，從而導(dǎo)致強度增加。這種晶體微結(jié)構(gòu)可有助于解釋玻璃-陶瓷與玻璃厚度之間的觀察到較高的斜率。綜上所述，例如，玻璃-陶瓷材料已經(jīng)顯示出在層壓的結(jié)構(gòu)中作為透明裝甲材料的良好的預(yù)期。從有限的數(shù)據(jù)中的推斷預(yù)計，全GC-2層壓物(由半英寸的聚碳酸酯作為背襯)可導(dǎo)致重量節(jié)省約50%，與使用常規(guī)硅酸鹽玻璃的層壓物相比。玻璃-陶瓷還顯示出能有效地作為用于硬玻璃撞擊表面的背襯材料，這一附加的實施方式潛在地提供了優(yōu)越的空間效率。雖然已參照有限的實施方式描述了本發(fā)明，但是受益于本發(fā)明所公開的內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，其它實施方式也是可行的，只要它們不偏離本文中描述的本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書來限制。權(quán)利要求1.一種復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其中，玻璃-陶瓷元件或材料構(gòu)成至少一個組成部分，所述玻璃-陶瓷材料的微晶尺寸為30nm或更小，穿甲彈道極限與面密度的行斜率至少為1.0。2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷的晶體相選自P-石英、尖晶石、尖晶石固溶體、莫來石、以及現(xiàn)有技術(shù)中已知的類似的透明相。3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料的90%或更多的存在于所述玻璃-陶瓷中的微晶的尺寸為30nm或更小。4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料的穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.1或更大。5.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料的穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.2或更大。6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料是結(jié)晶度為25%或更大的卩-石英玻璃-陶瓷。7.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料是結(jié)晶度為50%或更大的卩-石英玻璃-陶瓷。8.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料是結(jié)晶度為85%或更大的(3-石英玻璃-陶瓷。9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料具有包括如下組分的組成，以重量％計，60-80%SiO2、15-30%\1203和l-5%Li20;以及任選地包括，也以重量％計，最多5。/。的MgO、ZnO、BaO和SrO及其混合物；最多4。/。Ti02，最多l(xiāng)%As203;以及最多2。/o的各個Na20和K20;所述玻璃陽陶瓷的穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.2或更大。10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料具有下述組成<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>對于大于20重量％的值，所有的重量％為給定量的±10%;對于小于20重量％的值，所有的重量％為給定量的±5%;并且所述玻璃-陶瓷的穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.2或更大。11.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料選自具有下述成的尖晶石和尖晶石固溶體玻璃-陶瓷，該組成包含，以重量％計，40-70%SiO2、15-25%Al203、7-20%ZnO、0-6%MgO、0-4%BaO、0-2%CaO、0-5%K2O、0-5%Na2O、l-8%Ti02、l-8%Zr02和0.5±0.3%As205。12.如權(quán)利要求11所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷的結(jié)晶度小于35%。13.如權(quán)利要求11所述的復(fù)合裝甲系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃-陶瓷材料的穿甲彈道極限與面密度的行斜率為1.2或更大。全文摘要本發(fā)明涉及用于透明裝甲系統(tǒng)的透明玻璃-陶瓷材料。應(yīng)用包括用于陸上車輛和航空器以及個人防護設(shè)備的裝甲系統(tǒng)。本發(fā)明的玻璃-陶瓷材料顯示出穿甲彈道極限與面密度的行斜率至少為1.0，較佳的是1.1或更大，更好是1.2或更大。文檔編號B32B5/02GK101466534SQ200780020294公開日2009年6月24日申請日期2007年5月29日優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日發(fā)明者C·F·克萊恩,J·J·張,L·R·平克尼申請人:康寧股份有限公司