随着现代战争的高科技化发展,装甲防护系统对装甲材料的要求越来越高。陶瓷／钢复合装甲材料不但能够满足高强度、高硬度和高韧性的要求,同时可达到装甲轻量化和提高抗多发弹能力。高强度钢包覆陶瓷复合装甲材料作为一种新型结构的复合装甲材料,通过包覆结构同时发挥两者在抗弹方面的优越性能,金属面板、金属背板及四周金属框架完全包覆陶瓷片,陶瓷片在各个方向均受到金属的施加的边界约束,即使在子弹高冲击力连续作用下断裂,也只产生裂纹直至粉化,因而复合装甲整体抗弹性能提高,尤其是抗多发弹能力将得到明显增强。目前已存在的金属包覆陶瓷复合装甲材料制备工艺复杂、过程难以控制、成本高,而包覆铸造工艺简单易行,过程可控,最重要的是成本低廉。因此,研究包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料的制备工艺,避免制备过程中陶瓷片开裂,具有重要意义。本文以包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备工艺为研究对象,采用实验与模拟分析技术相结合的方法,对包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料的浇注工艺选择、陶瓷片同定、壳型结构、预热方法等相关工艺进行整体设计,利用ProCAST软件对浇注过程金属液对陶瓷片产生的热应力进行模拟分析,确定陶瓷片不开裂时,预热温度与浇注温度的最大温差,并进行浇注实验验证。本课题研究的主要内容如下：(1)通过高强度钢包覆95A1203陶瓷复合装甲板熔模精密铸造工艺实验,研究包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备工艺。(2)通过文献查询,研究ProCAST软件对应力场模拟过程中所需参数,并进行仿真建模。(3)通过对应力场模拟结果的研究分析,研究充型过程中陶瓷片厚度及预热温度与浇注温度之间的温差对内部陶瓷片热应力的影响及规律。(4)通过对陶瓷片热应力的影响因素及规律的总结分析,研究陶瓷片不开裂时,预热温度与浇注温度的最大温差并进行铝合金熔模精密铸造验证。综合分析实验结果,得到以下结论：(1)从成型方法选择、陶瓷片的固定、浇注系统设计、涂料选择及涂覆、预热、浇注温度等方面进行设计,证明控制合适的预热温度与浇注温度的温度差,包覆铸造陶瓷／钢复合装甲材料制备工艺是可行的。(2)由于预热温度与浇注温度的温差产生的热应力是造成陶瓷开裂的主要原因,陶瓷片厚度对其几乎无影响；当预热温度与浇注温度的温差产生的热应力大于陶瓷的抗拉强度280MPa时,陶瓷片在浇注过程中开裂；降低预热温度与浇注温度的温度差值,可降低浇注过程中陶瓷片的热应力,从而避免浇注过程中陶瓷片碎裂。(3)包覆铸造陶瓷/钢复合装甲材料制备中,陶瓷片不开裂所允许的最大温差为90℃,陶瓷片在浇注过程中热应力始终小于280MPa,因此在浇注过程中不产生裂纹。铝合金实验模拟得出,包覆金属的浇注温度越高,陶瓷片不开裂要求的预热温度与浇注温度的差值越小。铝合金包覆的最大温差是400℃。(4)铝合金熔模精密铸造验证了预热温度与浇注温度差值对陶瓷片碎裂的影响,控制预热与浇注温度温差为400℃时,制备出了陶瓷片完好的复合材料装甲板。