Die Erfindung betrifft eine keramische Panzerung, umfassend eine erste Keramiklage, welche eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, die durch Rissstopper funktionell getrennt sind, wobei die Rissstopper der Verhinderung der Ausbreitung von Rissen von einem Segment auf ein anderes Segment dienen, mindestens eine zweite Keramiklage, welche eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, die durch Rissstopper funktionell getrennt sind, und mindestens eine Verbindungsschicht, mittels welcher die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage verbunden sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Panzerung.
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Panzerung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein verbessertes Schadensverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten keramischen Panzerung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Segmente der ersten Keramiklage versetzt zu den Segmenten der zweiten Keramiklage sind und dass die Segmente unterschiedlicher Keramiklagen unterschiedliche Abmessungen aufweisen, wobei die Segmente einer weiter außenliegenden Keramiklage kleinere Abmessungen aufweisen als die Segmente einer weiter innenliegenden Keramiklage. oder kleiner als die Fläche der Frontschichtsegmente parallel zur Frontschicht und wobei die Stützschichtsegmente so unterhalb der Frontschichtsegmente angeordnet sind, dass diese bezüglich ihrer Randbegrenzungen bündig übereinander angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Panzerung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein verbessertes Schadensverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten keramischen Panzerung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Segmente der ersten Keramiklage versetzt zu den Segmenten der zweiten Keramiklage sind.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine definierte Eingrenzung der Schadensfläche bzw. des Schadensvolumens erreicht. Dadurch wird der Schadensbereich begrenzt. Weiterhin ergibt sich eine verbesserte Multihit-Fähigkeit.
Der Schadensbereich an einer Keramiklage ist am größten, wenn ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt trifft, da dann mehrere Segmente beschädigt werden können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind die Segmente in benachbarten Keramiklagen versetzt zueinander, so dass der "Tiefenschaden" verringert ist. Wenn ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt der zweiten Keramiklage trifft, dann liegt unterhalb des Kreuzungspunkts ein Segment der ersten Keramiklage.
Durch die Verbindungsschicht zwischen der ersten Keramiklage und der zweiten Keramiklage kann das Abplatzen von Keramiksplittern verhindert oder zumindest verringert werden.
Die Schadensausbreitung lässt sich bei der erfindungsgemäßen keramischen Panzerung auch dadurch verringern, dass die Keramiklagen entsprechend dick gewählt werden. Es besteht keine grundsätzliche Einschränkung bezüglich der Dicke. Die Keramiklagen lassen sich beispielsweise mit integrierten Rissstoppern auf einfache Weise herstellen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es auch möglich, die einzelnen Keramiklagen funktionell zu optimieren, um abhängig von dem Anwendungsfall das Schadensvolumen zu minimieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass unterschiedliche Keramiklagen unterschiedliche laterale Segmentabmessungen aufweisen. Es ist auch möglich, dass unterschiedliche Keramiklagen unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisen. Die Segmentabmessungen sind beispielsweise angepasst an die Größe von Objekten, deren Impact zu befürchten ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass eine weiter außenliegende Keramiklage Segmente mit kleineren lateralen Abmessungen aufweist als eine weitere innenliegende Keramiklage. Die weiter außenliegende Keramiklage dient zum Schutz bezüglich kleinerer Projektile während die weiter innenliegende Keramiklage zum Schutz gegenüber größeren Projektilen dient. Durch die Versetzung der Segmente untereinander ist es erreichbar, dass die Schutzwirkung der Keramiklage, welche zum Schutz vor großen Projektilen dient, durch ein Auftreffen eines kleineren Projektils in einer weiter außenliegenden Keramiklage nicht wesentlich eingeschränkt wird.
Es können mehrere (auch mehr als zwei) Keramiklagen vorgesehen sein, die in ihrer Dicke und in den lateralen Abmessungen der Segmente entsprechend angepasst sind, um eine optimierte Schutzwirkung bezüglich des Impacts von Objekten zu erhalten.
Die Segmente unterschiedlicher Keramiklagen weisen unterschiedliche Abmessungen auf. Die Abmessungen können dabei lateral unterschiedlich sein und/oder die Dickenabmessungen können unterschiedlich sein. Es lässt sich dadurch eine gezielte Anpassung an eine spezielle Anwendung erreichen. Beispielsweise können eine oder mehrere Keramiklagen vorgesehen sein, die so ausgebildet sind, dass sie eine besondere Panzerwirkung gegenüber größeren Projektilen aufweisen. Dies ist erreichbar, indem die Segmente einer solchen Keramiklage eine an die zu erwartenden Projektile angepasste Segmentgröße und gegebenenfalls Segmentdicke aufweisen; bei größeren Projektilen sind die Segmentabmessungen üblicherweise größer zu wählen als bei kleineren Projektilen.
Die Segmente einer weiter außenliegenden Keramiklage weisen kleinere Abmessungen auf als die Segmente einer weiter innenliegenden Keramiklage. Die äußere Keramiklage kann beispielsweise als Splitterschutz und insbesondere als Schutzlage gegenüber kleineren Projektilen dienen. Durch die Versetzung der Segmente relativ zueinander lässt es sich weitgehend verhindern, dass auftreffende Projektile eine weiter innenliegende Keramiklage (welche insbesondere zum Schutz gegen größere Projektile dient) wesentlich beschädigen.
Günstig ist es, wenn die Segmente der ersten Keramiklage und die Segmente der zweiten Keramiklage in mindestens einer Querrichtung zu einer Richtung, in welcher die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage aufeinanderfolgen, versetzt sind. Dadurch lässt sich das Schadensvolumen beim Auftreffen eines Objekts gering halten.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn Rissstopper der ersten Keramiklage und Rissstopper der zweiten Keramiklage in mindestens einer Querrichtung zu einer Richtung, in welcher die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage aufeinanderfolgen, versetzt sind. Dadurch wird verhindert, dass ein Objekt in einer äußeren Keramiklage und in der darunterliegenden Keramiklage jeweils auf Kreuzungspunkte treffen kann.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn alle Rissstopper der ersten Keramiklage und alle Rissstopper der zweiten Keramiklage versetzt zueinander sind. Dadurch lässt sich die Schadensfläche bzw. das Schadensvolumen definiert eingrenzen und dabei gering halten.
Die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage liegen dabei übereinander. Insbesondere folgen sie einer Dickenrichtung der ersten Keramiklage bzw. der zweiten Keramiklage aufeinander.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage über die mindestens eine Verbindungsschicht flächig miteinander verbunden sind. Insbesondere liegt zwischen der mindestens einen Verbindungsschicht und der ersten Keramiklage und der zweiten Keramiklage ein vollflächiger Kontakt vor. Dadurch lässt sich auf effektive Weise das Abplatzen von Keramiksplittern nach einem Impact verhindern.
Günstig ist es, wenn die mindestens eine Verbindungsschicht eine Klebeschicht ist. Eine solche Verbindungsschicht lässt sich auf einfache Weise herstellen. Als Klebematerial lässt sich beispielsweise ein Schmelzkleber wie PVB (Polyvinylbuteral) einsetzen.
Es ist dabei günstig, wenn die mindestens eine Verbindungsschicht adhäsiv mit der ersten Keramiklage verbunden ist. Dadurch lässt sich ein Abplatzen von Keramiksplittern auf effektive Weise verhindern. Insbesondere ist eine flächige Verbindung vorgesehen, wobei vorzugsweise vollständiger Kontakt zwischen der Verbindungsschicht und der ersten Keramiklage vorliegt.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die mindestens eine Verbindungsschicht adhäsiv mit der zweiten Keramiklage verbunden ist.
Günstigerweise ist die mindestens eine Verbindungsschicht eine Kunststoffschicht. Es ist dabei vorteilhaft, wenn diese eine gewisse Elastizität aufweist, um das Abplatzen von Keramiksplittern effektiv verhindern zu können.
Günstigerweise weist die mindestens eine Verbindungsschicht eine dünnere Dicke auf als jeweils die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage. Dadurch wird die Dicke der keramischen Panzerung effektiv durch die Keramiklagen bestimmt.
Insbesondere weisen die ersten Keramiklage und/oder die zweite Keramiklage eine Dicke von mindestens 5 mm auf. Dadurch lässt sich die erste Keramiklage und/oder die zweite Keramiklage auf einfache Weise großflächig mit einer oder mehreren Keramikplatten herstellen. Nach einer für monolithische Keramikplatten gültigen Faustregel erlauben bekannte Fertigungsverfahren für Keramikplatten Breiten- und Längenabmessungen, die nicht größer als das ca. 30-fache der Dicke sind.
Insbesondere ist es möglich, dass die Dicke der ersten Keramiklage und/oder zweiten Keramiklage größer gleich 8 mm oder je nach Anwendung größer gleich 15 mm ist. Dadurch kann die erste Keramiklage und/oder die zweite Keramiklage auf einfache Weise großflächig mit einer oder mehreren Keramikplatten (abhängig vom Flächenbereich, der durch die keramische Panzerung abzudecken ist) hergestellt werden.
Günstigerweise sind Rissstopper längs einer Linie angeordnet oder bilden eine Linie. Die Linie kann gerade oder gekrümmt sein oder auch unstetig sein. Es lässt sich dadurch die jeweilige Keramiklage in Segmente aufteilen, wobei Segmente funktionell durch Rissstopper getrennt sind.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn Kreuzungspunkte von Rissstopper-Linien einer Keramiklage projiziert auf die andere Keramiklage innerhalb eines Segments der anderen Keramiklage liegen. Dadurch wird verhindert, dass, wenn ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt einer Keramiklage auftrifft, auch ein Kreuzungspunkt der anderen Keramiklage getroffen wird. Dadurch lässt sich die Schadensfläche bzw. das Schadensvolumen definiert eingrenzen.
Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass Rissstopper bis zu einem Kreuzungspunkt von Rissstopper-Linien reichen. Dadurch lässt sich eine definierte Eingrenzung der Schadensfläche erreichen. Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass Rissstopper nicht bis zu einem Kreuzungspunkt reichen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine äußere Decklage vorgesehen ist. Wenn ein Projektil auf die keramische Panzerung aufgetroffen ist, dann entstehen Keramiktrümmer. Durch die mindestens eine Verbindungsschicht wird ein Abplatzen verhindert. Durch die mindestens eine Decklage werden die Keramiktrümmer "in Position" in der entsprechenden Keramiklage gehalten. Bei dem Auftreffen eines weiteren Objekts kann durch diese in Position gehaltenen Keramiktrümmer die kinetische Energie des Objekts verringert werden, um so den Schaden, welcher durch dieses Objekt verursacht wird, geringer zu halten.
Insbesondere überdeckt die mindestens eine Decklage Rissstopper. Dadurch lässt sich auf effektive Weise ein Halten von Trümmern an der keramischen Panzerung erreichen.
Beispielsweise ist die mindestens eine Decklage durch eine (zusammenhängende) Folie gebildet, um effektiv Trümmer an der entsprechenden Keramiklage in Position halten zu können.
Beispielsweise ist die mindestens eine Decklage aufgeklebt. Die Aufklebung ist insbesondere flächig mit im Wesentlichen vollständigem Kontakt zwischen der Decklage und der äußeren Keramiklage.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rissstopper in die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage integriert sind. Dadurch lassen sich die Keramiklagen mit integrierten Rissstoppern auf einfache Weise herstellen. Die Rissstopper werden beispielsweise durch mechanische Bearbeitung an einem kohlenstoffhaltigen Vorkörper im Grünkörperzustand oder nach einer Pyrolyse hergestellt.
Insbesondere sind die Rissstopper bei der Herstellung der ersten Keramiklage und/oder zweiten Keramiklage hergestellt. Dadurch müssen die Rissstopper nicht nachträglich beispielsweise durch mechanische Bearbeitung an einem - harten und spröden - keramischen Material hergestellt werden.
Bei einer einfachen Ausführungsform sind die Rissstopper durch Ausnehmungen und/oder über Ausnehmungen gebildet. Solche Ausnehmungen lassen sich auf einfache Weise durch Bearbeitung von der Oberfläche her herstellen. Entsprechende Rissstopper sind in der
Die Ausnehmungen können dabei in einer Dickenrichtung der ersten Keramiklage und/oder Keramiklage durchgehend oder nicht-durchgehend sein. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass die einzelnen Segmente durch die Rissstopper nicht nur funktionell getrennt sind, sondern auch geometrisch getrennt sind, d. h. dass die einzelnen Segmente einzelne Komponenten sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Segmente zusammenhängen und beispielsweise einstückig an einer Keramikplatte gebildet sind. Eine entsprechende Keramiklage lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen, da nicht einzelne Keramikfliesen ineinander gefügt werden müssen, sondern ein großer Flächenbereich mit minimiertem Herstellungsaufwand überdeckbar ist.
Bei einer Ausführungsform sind die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage durch eine oder mehrere einstückige Keramikplatten gebildet. Ob eine oder mehrere Keramikplatten verwendet werden, hängt davon ab, welcher Flächenbereich durch die keramische Panzerung zu schützen ist. Für die Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Keramikplatten minimiert wird. Insbesondere weist eine Keramikplatte eine Mehrzahl von zusammenhängenden Segmenten auf.
Es ist dann insbesondere günstig, wenn an der mindestens einen Keramikplatte benachbarte Segmente einstückig verbunden sind. Dadurch lässt sich die entsprechende Keramiklage auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Es ist beispielsweise auch auf einfache Weise möglich, gekrümmte Keramiklagen herzustellen, welche einen großen Flächenbereich abdecken, wobei die Keramiklagen auch eine größere Dicke (insbesondere größer 5 mm) aufweisen können.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die mindestens eine Keramikplatte eine Länge und Breite von mindestens 150 mm und vorzugsweise von mindestens 800 mm aufweist. Dadurch lässt sich mit minimiertem Herstellungsaufwand ein großer Flächenbereich für eine Panzerung abdecken.
Günstigerweise liegt der Abstand zwischen Rissstoppern im Bereich zwischen 5 mm und 100 mm. Dadurch lässt sich bei minimiertem Herstellungsaufwand eine definierte Eingrenzung der Schadensfläche mit deren Minimierung erreichen. Dadurch wiederum lässt sich das Schadensvolumen definiert eingrenzen. Der Abstand (welcher die Größe der Segmente definiert) ist an den Anwendungsfall angepasst. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn Segmente größer ausgebildet werden, wenn der Impact großer Projektile zu befürchten ist, im Vergleich zu Segmenten, wenn der Aufprall kleinerer Projektile zu befürchten ist.
Das Keramikmaterial der ersten Keramiklage und/oder zweiten Keramiklage ist ein oxidisches Material oder nicht-oxidisches Material.
Insbesondere ist das Keramikmaterial ein carbidkeramisches Material wie beispielsweise Siliciumcarbid.
Es kann je nach Anwendung günstig sein, wenn die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage aus einem monolithischen Keramikmaterial oder aus einem faserverstärkten Keramikmaterial hergestellt ist. Die Faserverstärkung kann über Kurzfasern, Langfasern oder Endlosfasern erfolgen. Es kann auch eine Faserverstärkung durch Verwendung eines zellulosehaltigen Ausgangsstoffs erfolgen. Faserverstärkte Keramikplatten lassen sich unter Umständen mit größeren lateralen Abmessungen herstellen als eine monolithische Keramikplatte gleicher Dicke.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Panzerung bereitzustellen, welches auf einfache Weise durchführbar ist und bei dem man eine keramische Panzerung mit effektiver Schadenstoleranz erreicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Keramiklage mit Rissstoppern und eine zweite Keramiklage mit Rissstoppern hergestellt werden, und die erste Keramiklage mit der zweiten Keramiklage über eine Verbindungsschicht so verklebt wird, dass die Rissstopper der ersten Keramiklage und die Rissstopper der zweiten Keramiklage in mindestens einer Querrichtung zu einer Richtung, in welcher die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage aufeinanderfolgen, zueinander versetzt sind, und wobei die Segmente unterschiedlicher Keramiklagen unterschiedliche Abmessungen aufweisen, und die Segmente einer weiter außenliegenden Keramiklage kleinere Abmessungen aufweisen als die Segmente einer weiter innenliegenden Keramiklage.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine keramische Panzerung herstellen, welche eine verbesserte Multihit-Fähigkeit bei definierter Eingrenzung der Schadensfläche bzw. des Schadensvolumens aufweist.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen keramischen Panzerung erläutert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen keramischen Panzerung erläutert.
Insbesondere werden die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage über mindestens eine einstückige Keramikplatte hergestellt. Die einstückige Keramikplatte wiederum weist eine Mehrzahl von Segmenten auf, welche insbesondere einstückig zusammenhängen. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein hoher Flächenbereich abdecken. Ferner lassen sich auf einfache Weise auch gekrümmte Keramiklagen herstellen.
Insbesondere werden Rissstopper in einem oder mehreren Vorkörpern auf der ersten Keramiklage und/oder zweiten Keramiklage vor der Keramisierung hergestellt. Beispielsweise werden Rissstopper in einem Grünkörper vor der Pyrolyse hergestellt und/oder in einem Kohlenstoffvorkörper nach der Pyrolyse des Grünkörpers hergestellt. Solche Rissstopper lassen sich auf einfache Weise durch mechanische Bearbeitung beispielsweise über das Fräsen von Schlitzen bzw. Ausnehmungen herstellen.
Günstig ist es, wenn Rissstopper als Ausnehmungen und/oder Risse in einem kohlenstoffhaltigen Vorkörper hergestellt werden. Solche Rissstopper lassen sich mit relativ geringem Aufwand realisieren.
Günstig ist es, wenn auf der äußeren Keramiklage eine Folie angeordnet wird. Durch diese Folie lassen sich Trümmer an der entsprechenden Keramiklage halten, um die Multihit-Fähigkeit zu verbessern.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Panzerung, welches in den
Die Verbindungsschicht 16 ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Das Material weist eine gewisse Elastizität auf. Insbesondere sind die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 flächig und insbesondere im Wesentlichen über ihre gesamte jeweilige Oberfläche mit der Verbindungsschicht 16 verbunden.
Ein mögliches Material für die Verbindungsschicht 16 ist ein Schmelzklebermaterial wie PVB (Polyvinylbuteral).
Die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 folgen in einer Richtung 18 aufeinander. Diese Richtung 18 ist auch eine Dickenrichtung der ersten Keramiklage 12 und der zweiten Keramiklage 14. Die erste Keramiklage weist eine Dicke d1 und die zweite Keramiklage weist eine Dicke d2 auf. Die Verbindungsschicht 16 weist eine Dicke d3 auf.
Die Dicken d1, d2, d3 können über die jeweilige Fläche einheitlich sein oder auch variieren.
Die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 können mit parallel beabstandeten ebenen Oberflächen oder parallel beabstandeten gekrümmten Oberflächen ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die erste Keramiklage 12 und/oder die zweite Keramiklage 14 beabstandete Oberflächen aufweisen, welche nicht parallel zueinander sind.
Die Dicke d3 der Verbindungsschicht 16 ist kleiner und insbesondere erheblich kleiner als jeweils die Dicke di der ersten Keramiklage 12 und d2 der zweiten Keramiklage 14.
Vorzugsweise sind die Dicken d1 und d2 größer gleich 5 mm und insbesondere größer 10 mm. Es kann auch vorgesehen, dass die Dicken d1 und/oder d2 größer gleich 30 mm sind.
Für monolithische Keramiken existiert eine Faustregel für die Herstellbarkeit mit bekannten Fertigungsverfahren, gemäß der das keramische Element mit einer Breite und Länge herstellbar ist, die nicht größer ist als das ca. 30-fache der Dicke des keramischen Elements. Je größer also die Dicke d1 der ersten Keramiklage 12 und d2 der zweiten Keramiklage 14 gewählt wird, desto größer in ihren Längen- und Breitenabmessungen können Keramikelemente, mittels welchen die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 hergestellt werden, eingesetzt werden.
Bei den Keramikelementen, mittels welchen die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 hergestellt werden, handelt es sich insbesondere um Keramikplatten. Die erste Keramiklage 12 kann durch eine oder mehrere Keramikplatten 20 gebildet sein. Die zweite Keramiklage 14 kann ebenfalls durch eine oder mehrere Keramikplatten 22 gebildet sein. Die Keramikplatten 20, 22 können dabei je nach Anwendung eben ausgebildet sein oder gekrümmte Oberflächen aufweisen.
Die erste Keramiklage 12 ist mit Rissstoppern 24 versehen. Die Rissstopper unterteilen die erste Keramiklage 12 in Segmente 26, wobei benachbarte Segmente 26 funktionell durch Rissstopper 24 getrennt sind. Die Rissstopper dienen dazu, die Ausbreitung von Rissen von einem Segment 26 auf ein benachbartes Segment 26 zu verhindern. Die Rissstopper 24 stellen eine Art von Sollbruchstellen dar. Wenn ein bestimmtes Segment 26 von einem Objekt getroffen und zerstört wird, dann verhindern die Rissstopper 24, dass die benächbarten Segmente ebenfalls zerstört werden.
Die Rissstopper 24 liegen auf Rissstopper-Linien 28a, 28b oder bilden solche Rissstopper-Linien. Die Rissstopper-Linien 28a, 28b kreuzen sich in Kreuzungspunkten 30. Es ist dabei möglich, dass die Rissstopper 24 bis zu den Kreuzungspunkten 30 verlaufen oder beabstandet zu solchen Kreuzungspunkten 30 sind.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Rissstopper auszubilden. In der
Beispielsweise sind Rissstopper über Risse gebildet oder über Fehlstellen gebildet.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Rissstopper 24 über Ausnehmungen 32 gebildet sind. Diese Ausnehmungen 32 sind vorzugsweise in die jeweiligen Keramikplatten 20 integriert. Sie können dabei in der Dickenrichtung 18 vollständig durchgehend sein oder nicht durchgehend sein. Vorteilhafterweise sind dabei die Keramikplatten 20, 22, welche eine Mehrzahl von Segmenten 26 aufweisen, einstückig ausgebildet, d. h. benachbarte Segmente 26 einer Keramikplatte 20, 22 hängen einstückig aneinander.
Beispielsweise sind die Ausnehmungen in der Dickenrichtung 18 der jeweiligen Keramikplatte 20, 22 hergestellt. Die Ausnehmungen können dabei in einem Winkel von mindestens näherungsweise 0° oder auch in einem Winkel zwischen 15° und 45° bezogen auf die Richtung 18 verlaufen. Beispielsweise sind die Rissstopper 24 durch Nuten und/oder über Nuten oder durch Perforationen und/oder über Schlitze gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die Tiefe der Nuten bzw. Schlitze im Bereich zwischen 0,05 bis 0,9 der Dicke d1 der ersten Keramiklage 12 in der Richtung 18.
Ein typischer Abstand zwischen Rissstoppern 24 liegt im Bereich zwischen 5 mm und 100 mm. Dieser Abstandsbereich zwischen 5 mm und 100 mm gibt dann auch die typische Größe (Länge und Breite) für die Segmente 26 vor.
Günstig ist es, wenn die Ausnehmungen 32 in die Keramikplatte 20 integriert und insbesondere in dem Vollmaterial der Keramikplatte 20 gebildet sind. Solche Rissstopper 24 lassen sich bei der Herstellung der Keramikplatte 20 herstellen. Dies ist in der
Das Material der ersten Keramiklage 12 kann ein oxidisches Keramikmaterial oder nicht-oxidisches Keramikmaterial sein. Beispielsweise ist das Material der ersten Keramiklage 12 ein carbidkeramisches Material wie SiC. Die Rissstopper 24 werden dabei insbesondere vor der Keramisierung in einen kohlenstoffhaltigen Vorkörper eingebracht. Es ist dabei eine Einbringung in einen Kohlenstoffkörper nach einer Pyrolyse möglich und/oder eine Einbringung in einen noch zu pyrolysierenden kohlenstoffhaltigen Vorkörper. Es ist dabei auch möglich, dass der kohlenstoffhaltige Körper mittels eines biomorphen Materials hergestellt wird, welches insbesondere Zellulose enthält.
Die zweite Keramiklage 14 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie die erste Keramiklage 12. Die zweite Keramiklage 14 umfasst ebenfalls ein Rissstoppersystem 34, mittels welchem durch Rissstopper 36 funktionell getrennte Segmente 38 gebildet sind. Das Rissstoppersystem 34 der zweiten Keramiklage 14 weist ebenfalls Rissstopper-Linien 40 auf (die nicht notwendigerweise gerade sein müssen), welche sich in Kreuzungspunkten 42 schneiden.
Das Rissstoppersystem 34 der zweiten Keramiklage 14 ist gegenüber einem Rissstoppersystem 44 der ersten Keramiklage 12 versetzt. Dies bedeutet, dass die Rissstopper 36 der zweiten Keramiklage 14 zu den Rissstoppern 24 der ersten Keramiklage 12 in einer ersten Querrichtung 46 und/oder einer zweiten Querrichtung 48 zueinander versetzt sind. Die erste Querrichtung 46 steht senkrecht auf die zweite Querrichtung 48. Sowohl die erste Querrichtung 46 als auch die zweite Querrichtung 48 stehen wiederum senkrecht auf die Richtung 18. Die erste Querrichtung 46 und die zweite Querrichtung 48 sind Flächenerstreckungsrichtungen der ersten Keramiklage 12 und der zweiten Keramiklage 14.
Durch die Versetzung des Rissstoppersystems 44 bezüglich des Rissstoppersystems 34 sind auch die Segmente 38 der zweiten Keramiklage 14 zu den Segmenten 26 der ersten Keramiklage 12 versetzt.
Projektionen der Kreuzungspunkte 42 der Rissstopper-Linien 40 des Rissstoppersystems 34 der zweiten Keramiklage 14 auf die ersten Keramiklage 12 liegen innerhalb von Segmenten 26 der ersten Keramiklage 12. Entsprechend liegen Projektionen (in der Richtung 18) von Kreuzungspunkten 30 der ersten Keramiklage 12 auf die zweite Keramiklage 14 innerhalb von Segmenten 38 der zweiten Keramiklage 14.
Die Rissstopper 36 der zweiten Keramiklage 14 sind bezogen auf die Richtung 18 nicht-fluchtend zueinander ausgerichtet.
Die geometrische Ausgestaltung der Segmente 26 und 38 kann dabei quaderförmig sein. Es sind aber auch andere Gestaltungen je nach Anwendung möglich.
Es ist auch möglich, dass eine weitere Keramiklage (dritte Keramiklage) mit der zweiten Keramiklage 14 über eine entsprechende Verbindungsschicht adhäsiv verbunden ist (in der Zeichnung nicht gezeigt). Diese dritte Keramiklage weist ebenfalls ein Rissstoppersystem auf, welches dann zu dem Rissstoppersystem 34 der zweiten Keramiklage 14 versetzt ist. Es können dann auch noch weitere entsprechende Keramiklagen vorgesehen sein.
Die keramische Panzerung 10 weist einen Schichtaufbau auf, bei welchem die erste Keramiklage 12 und mindestens eine weitere Keramiklage, nämlich die zweite Keramiklage 14, aufeinanderfolgen, wobei die Verbindungsschicht 16 die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 verbindet.
Es kann noch eine Decklage 50 vorgesehen sein, welche auf der äußeren Keramiklage sitzt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den
Die keramische Panzerung 10 kann ein Panzersystem bilden oder Teil eines Panzersystems sein.
Beispielsweise lässt sich die keramische Panzerung 10 in ein Panzerungssystem integrieren, wie es in der Figur schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 52 bezeichnet ist. Ein solches Panzerungssystem ist in der
Bei dem Panzerungssystem 52 ist auf einer Strukturträgerschicht 54 (Backing) die keramische Panzerung 10 angeordnet. Die Strukturträgerschicht 54 kann beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein oder aus Verbundwerkstoffen wie Kohle-Kevlar.
Die keramische Panzerung 10 ist beispielsweise über eine Klebstoffschicht 56 mit der Strukturträgerschicht 54 verbunden.
Es kann auch noch eine Zertrümmerungsschicht 58 vorgesehen sein, auf welcher die Strukturträgerschicht 54 angeordnet ist. Die Zertrümmerungsschicht 58 dient dazu, die Zertrümmerung der Strukturträgerschicht 54 zu minimieren.
Die keramische Panzerung 10 kann durch mehrere Abdeckschichten 60, 62, 64 abgedeckt sein. Nach oben ist das Panzerungssystem 52 durch eine Stahlplatte 66 begrenzt. Bezüglich des Aufbaus wird auf die
Die keramische Panzerung 10 wird wie folgt hergestellt:
Es werden eine oder mehrere Keramikplatten 20, 22 hergestellt, um die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 zu bilden. Es werden dabei die jeweiligen Rissstoppersysteme 34 bzw. 44 integral mit hergestellt.
Beispielsweise wird zunächst ein kohlenstoffhaltiger Vorkörper jeweils für die Keramikplatten 20, 22 hergestellt. Dazu wird beispielsweise ein zellulosehaltiger Werkstoff verwendet und es wird ein poröser Vorkörper hergestellt. Dieser kohlenstoffhaltige poröse Vorkörper wird mittels Pyrolyse in einen offenporösen Kohlenstoffkörper umgewandelt. In den porösen Vorkörper oder in den Kohlenstoffkörper nach der Pyrolyse werden vor der Keramisierung die Ausnehmungen 32 eingebracht. Beispielsweise wird ein rechteckförmiges Gitter an Ausnehmungen 32 hergestellt.
Wie oben erwähnt ist es auch möglich, dass die Ausnehmungen 32 vor der Pyrolyse in den kohlenstoffhaltigen Körper (Grünkörper) eingebracht werden. An diesem Grünkörper ist die mechanische Bearbeitung erleichtert. Durch Schrumpfung während der Pyrolyse wird der Spalt zwischen benachbarten Segmenten verkleinert.
Der Kohlenstoffkörper nach der Pyrolyse wird keramisiert. Dies kann beispielsweise über Carbidbildnerinfiltration erfolgen. Beispielsweise wird eine Siliciumcarbidkeramik hergestellt, indem eine Siliciuminfiltration erfolgt.
Es ist dabei möglich, dass die Ausnehmungen 32 vor der Keramisierung mit einem Trennmittel wie Bornitrid befüllt werden.
Nach der Herstellung der Keramikplatten 20, 22 werden die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 gebildet, indem die Keramikplatten 20, 22 über die Verbindungsschicht 16 miteinander verklebt werden. Die Keramikplatten 20, 22 werden dabei so relativ zueinander positioniert, dass die Rissstoppersysteme 34, 44 versetzt zueinander sind.
Anschließend wird die Decklage 50 auf der zweiten Keramiklage 14 angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird das Schadensverhalten der keramischen Panzerung insbesondere auch bei mehrfachem Impact verbessert, d. h. die Multihit-Fähigkeit der keramischen Panzerung 10 ist verbessert. Durch die versetzte Anordnung der Rissstoppersystem 34 und 44 lässt sich die Schadensfläche bzw. das Schadensvolumen definiert eingrenzen.
Wenn ein Objekt auf die keramische Panzerung 10 auftrifft, dann werden ein oder mehrere Segmente 26 zerstört. Dabei wird auch das Objekt (Projektil) zerstört. Durch das Rissstoppersystem 34 der zweiten Keramiklage 14 wird eine Ausbreitung der Zerstörung auf weitere Segmente 26 verhindert.
Maximaler Schaden kann angerichtet werden, wenn ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt 30 des Rissstoppersystems 34 auftrifft.
Durch den Verbund der ersten Keramiklage 12 und der zweiten Keramiklage 14 mit versetzten Kreuzungspunkten wird der "Tiefenschaden" verringert, da beim Auftreffen eines Objekts auf einen Kreuzungspunkt 30 der zweiten Keramiklage 14 dem Kreuzungspunkt 30 in der ersten Keramiklage 12 kein Kreuzungspunkt aufeinanderfolgt.
Durch die Verbindungsschicht 16, welche insbesondere eine Kleberschicht ist, lässt sich auch das Abplatzen von Keramiksplittern nach dem Auftreffen eines Objekts zumindest verringern.
Es ist auch möglich, die Keramiklagen 12, 14 mit höherer Dicke herzustellen, um auch so die Tiefenschadensausbreitung zu minimieren.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die ersten Keramiklagen 12, 14 aus einem faserverstärkten Vorkörper hergestellt werden. Es ist eine großflächige Herstellung möglich, wobei entsprechende Vorkörper (Grünling) auch mehrfach gekrümmt herstellbar sind.
Die Decklage 50 dient ebenfalls dazu, Keramiksplitter an der keramischen Panzerung zu halten. Durch das Auftreffen eines Objekts entstehen Keramiktrümmer. Durch die Decklage 50 können diese Keramiktrümmer an der keramischen Panzerung 10 und insbesondere an der entsprechenden Keramiklage 14 gehalten werden. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Multihit-Fähigkeit, da beim weiteren Auftreffen eines Objekts dieses nicht auf eine "Leerstelle" trifft, sondern auf die Trümmer und dadurch entsprechend kinetische Energie verliert. Der Effekt ist vergleichbar mit dem Auftreffen eines Objekts auf einen Sandsack.
Die keramische Panzerung 10 lässt sich angepasst an eine Anwendung aufbauen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass eine tiefer innenliegende Keramiklage Segmente aufweist, welche größere laterale Abmessungen und/oder größere Dickenabmessungen aufweisen, als eine weiter außenliegende Keramiklage wie die Keramiklage 14. Die weiter innenliegende Keramiklage 12 dient dann beispielsweise als Schutzpanzerlage bezüglich größerer Projektile, während die weiter außenliegende Keramiklage als Schutzpanzerlage für Splitterschutz und gegenüber kleineren Projektilen dient.
Durch die Versetzung der Segmente der ersten Keramiklage 12 relativ zu der zweiten Keramiklage 14 und insbesondere durch die versetzte Anordnung der Rissstopper 24 und 36 lässt sich erreichen, dass eine Beschädigung der weiter außenliegenden Keramiklage 14 beispielsweise durch ein kleineres Projektil die weiter innenliegende erste Keramiklage 12 nicht wesentlich beschädigt.
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