Композиционные материалы и их применение

Композиционные материалы и их применение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка притязает на приоритет в соответствии с 35 U.S.C. § 119(е) по отношению к предварительной заявке на патент США № 61/175336, поданной 4 мая 2009 года и включаемой в настоящий документ путем ссылки; и предварительной заявке на патент США № 61/179217, поданной 18 мая 2009 года и включаемой в настоящий документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к композиционным материалам и, в частности, к композиционным материалам, предназначенным для потенциального использования там, где требуется высокая ударная прочность, например стойкость к баллистическому удару или взрывной волне.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Материалы, способные выдерживать большую ударную нагрузку различного происхождения, например от снарядов и сжимающих взрывных волн, используют в широком диапазоне вариантов применения, в том числе для защиты конструкций гражданского и военного назначения. Например, отражатели взрывной волны уже используют для экранирования зданий или других представляющих интерес конструкций от потенциального разрушения, вызванного различными взрывными устройствами. Кроме того, взрывостойкие конструкционные материалы используют при строительстве правительственных и военных зданий как следствие усиления мер противодействия вооруженным нападениям на подобные сооружения. Например, Межведомственным комитетом по вопросам безопасности (Interagency Security Committee - ISC) Управления служб общего назначения США (General Service Administration - GSA) разработаны критерии, направленные на обеспечение того, что соображения безопасности, в том числе взрывостойкость, являются неотъемлемой частью планирования, разработки и возведения федеральных административных зданий и проектов их модернизации.

Несмотря на важность таких материалов для строительства и усовершенствования имеющихся конструкций, существует потребность в более прочных, легких и экономичных материалах. Значительным недостатком существующих взрывостойких материалов является неизбежно большой вес конструкции и значительная толщина, необходимые для достижения приемлемого уровня взрывостойкости. Например, к обычным материалам, используемым для усиления, относятся бетонные панели со средним или значительным усилением вспомогательными конструкциями, такими как трубы или каналы. Результатом увеличения веса и толщины и неизбежности тяжелого конструктивного усиления является то, что многие взрывостойкие материалы сложно эффективно использовать в новых или существующих конструкциях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к композиционным материалам. В некоторых вариантах осуществления изобретения эти композиционные материалы являются взрывостойкими и/или стойкими к баллистическому удару. В некоторых вариантах осуществления композиционный материал настоящего изобретения включает неорганическую керамическую матрицу, в которой имеется первая наружная поверхность и вторая наружная поверхность, противоположная первой наружной поверхности; и, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой, расположенную в неорганической керамической матрице между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал дополнительно включает защитный слой, который соединен со вторым наружным слоем неорганической керамической матрицы. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал дополнительно включает стекловолоконную ткань, которая соединена с первой наружной поверхностью неорганической керамической матрицы. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал включает, по меньшей мере, три слоя стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенных в матрице между первым наружным слоем и вторым наружным слоем. В некоторых вариантах осуществления изобретения эти слои стекловолоконной ткани с открытой структурой расположены в неорганической керамической матрице с равными интервалами. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый и/или второй слои стекловолоконной ткани образованы стекловолоконной тканью с открытой структурой, такой как стекловолоконная ткань перевивочного или петлистого переплетения. В некоторых вариантах осуществления изобретения стекловолоконная ткань может быть частично покрыта полимером.

В некоторых вариантах своего осуществления композиционный материал настоящего изобретения включает первую неорганическую керамическую матрицу, содержащую куски камня, такого как гранит, и вторую неорганическую керамическую матрицу, расположенную рядом с первой неорганической керамической матрицей, которая содержит, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань или стекловолоконную ткань с открытой структурой, находящуюся во второй неорганической керамической матрице. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционный материал дополнительно включает защитный слой, который соединен со второй неорганической матрицей. В других вариантах осуществления изобретения композиционный материал может включать первую неорганическую керамическую матрицу, которая может иметь толщину, по меньшей мере, 0,5 дюйма (12,7 мм), и вторую неорганическую керамическую матрицу, которая может иметь толщину, по меньшей мере, 0,5 дюйма (12,7 мм). В других вариантах осуществления изобретения композиционный материал может включать первую неорганическую керамическую матрицу и вторую неорганическую керамическую матрицу, каждая из которых имеет толщину около одного дюйма (25,4 мм). В других вариантах осуществления изобретения толщина первой и второй неорганической керамической матрицы может составлять около двух дюймов (50,8 мм). В других вариантах осуществления изобретения первая неорганическая керамическая матрица может содержать до 40% об. камня. В альтернативных вариантах осуществления изобретения первая неорганическая матрица может содержать до 540% об. камня. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая неорганическая керамическая матрица может содержать до примерно 40% об. песка. В других вариантах осуществления изобретения первая неорганическая матрица может содержать до примерно 50% об. песка.

В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционный материал может иметь форму панели, длина и ширина которой намного больше ее толщины. В других вариантах осуществления изобретения эта панель может иметь длину, по меньшей мере, 7 футов (2,1 м). В других вариантах осуществления изобретения эта панель может иметь длину, по меньшей мере, 13 футов (4 м). В других вариантах осуществления изобретения панель может иметь четыре поверхности, где по толщине панели одна или более поверхностей имеют форму части клиновидного соединения внахлестку для облегчения сборки множества панелей. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения панели могут иметь такую форму, что две или более панели можно соединить посредством клиновидного соединения внахлестку. В некоторых вариантах осуществления изобретения достаточное число панелей можно соединить друг с другом посредством клиновидного соединения внахлестку так, чтобы образовалась стена.

В другом аспекте настоящим изобретением обеспечивается способ изготовления композиционного материала, включающего первую неорганическую керамическую матрицу, в которой имеется первая наружная поверхность и вторая наружная поверхность, противоположная первой наружной поверхности и в целом параллельная первой наружной поверхности; и дополнительно включающего, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой, расположенную в неорганической керамической матрице между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью. В других вариантах осуществления изобретения композиционный материал может быть снабжен металлической рамой, окружающей неорганическую керамическую матрицу, в которой имеется первая наружная поверхность и вторая наружная поверхность, противоположная первой наружной поверхности и в целом параллельная первой наружной поверхности; дополнительно включающую, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой, расположенную в неорганической керамической матрице между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью. В других вариантах осуществления изобретения им обеспечивается способ образования керамической матрицы, включающей первую неорганическую керамическую матрицу, содержащую куски камня и песок, и вторую неорганическую керамическую матрицу, содержащую, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой, расположенную во второй неорганической керамической матрице, где композиционный материал отливают в металлическую раму, окружающую неорганическую керамическую матрицу. В других вариантах осуществления изобретения металлическая рама может представлять собой стальную раму. В других вариантах осуществления изобретения возможно использование одного или более якорей для дополнительного крепления композиционного материала в раме. В некоторых вариантах осуществления изобретения такой якорь может включать болт.

В некоторых вариантах осуществления композиционный материал настоящего изобретения включает множество выступов, осажденный слой, соединенный со множеством выступов, и неорганическую керамическую матрицу, контактирующую с осажденным слоем и содержащую, по меньшей мере, один армирующий слой стекловолоконной ткани. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот, по меньшей мере, один армирующий слой стекловолоконной ткани, представляет собой стекловолоконную тканью с открытой структурой, такую как стекловолоконная ткань перевивочного или петлистого переплетения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения дополнительный слой, образованный стойким к растрескиванию материалом, может быть прикреплен к лицевой поверхности неорганической керамической матрицы. В других вариантах осуществления изобретения стойкий к растрескиванию материал может быть прикреплен к неорганической керамической матрице при помощи эпоксидной смолы. В других вариантах осуществления изобретения стойкий к растрескиванию материал может быть распылен на указанную неорганическую керамическую матрицу. В других вариантах осуществления изобретения стойкий к растрескиванию материал может содержать Mil-Tough®.

Композиционным материалам настоящего изобретения может быть придана форма панелей или других изделий с заданными размерами. В некоторых вариантах осуществления изобретения размеры изделий из композиционных материалов могут быть подобраны так, чтобы изделия обеспечивали стойкость установленного Министерством обороны (МО) минимального уровня и установленного GSA среднего и/или высокого уровня защиты от взрывной нагрузки в соответствии с UFC (Unified Facilities Criteria - UFC; Единые критерии для объектов) и требованиями ISC. В контексте настоящего документа «Стандарты уровней защиты UFC» означают документ МО США «Minimum Antiterrorism Standards for Buildings, Unified Facilities Criteria (UFC) 4-010-01», октябрь 2003 г., включаемый в настоящее описание путем ссылки. В контексте настоящего документа «Стандарт ISC» означает документ «ISC Security Design Criteria for New Federal Office Buildings and Major Modernization projects (Критерии проектирования с учетом безопасности для новых федеральных административных зданий и основных проектов модернизации), The Interagency Security Committee, U.S. General Services Administration», 2001, включаемый в настоящее описание путем ссылки. В других вариантах осуществления изобретения размеры изделий из композиционных материалов могут быть подобраны так, чтобы эти изделия обеспечивали защиту от баллистического удара в соответствии с документом МО США «Test Method Standard for V₅₀ Ballistic Test for Armor, MIL-STD-662F», декабрь 1997 г. (также именуемым в настоящем описании «MIL-STD-662F»), включаемым в настоящее описание путем ссылки. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей, для сборки которых не требуется механическое оборудование. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей, которые могут переносить два человека.

В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей, предназначенных для использования при строительстве новых конструкций. В альтернативных вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей, предназначенных для использования при сооружении переносных конструкций. В других вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей, которые могут быть использованы для модификации существующих конструкций.

В других вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей с приспособлением для клиновидного соединения внахлестку с тем, чтобы панели можно было соединитель друг с другом с образованием более крупной конструкции. В других вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма панелей длиной до восьми футов (2,4 м). В других вариантах осуществления изобретения длина панелей может составлять до четырнадцати футов (4,2 м). В некоторых вариантах осуществления изобретения толщина панелей может составлять до 1,5 дюймов (38,1 мм). В других вариантах осуществления изобретения толщина панелей может составлять до 3,5 дюймов (88,9 мм). В других вариантах осуществления изобретения длина панелей может составлять, по меньшей мере, 7 футов (2,1 м). В других вариантах осуществления изобретения длина панелей может составлять, по меньшей мере, 13 футов (4 м).

В других вариантах осуществления изобретения композиционному материалу может быть придана форма устройства для защиты от действия ударной волны, первая стенка которого образована неорганической керамической матрицей, содержащей камень и песок, а вторая стенка образована неорганической керамической матрицей, содержащей, по меньшей мере, один слой стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенной в неорганической керамической матрице, при этом первая стенка и вторая стенка отстоят друг от друга на расстояние, равное шести дюймам (152 мм). В других вариантах осуществления изобретения устройство для защиты от действия ударной волны может дополнительно включать раму, внутри которой, на расстоянии шести дюймов (152 мм) друг от друга, удерживаются первая стенка и вторая стенка.

В одном из аспектов, настоящим изобретением обеспечиваются способы изготовления стойких к баллистическому удару композиционных материалов. В одном из вариантов осуществления способ изготовления стойкого к баллистическому удару композиционного материала включает обеспечение первой неорганической керамической матрицы, содержащей куски камня, такого как гранит, произвольно распределенные в матрице, и второй неорганической матрицы, присоединенной к первой неорганической керамической матрице, где вторая неорганическая керамическая матрица содержит множество слоев стекловолоконной ткани или стекловолоконной ткани с открытой структурой, распределенных по неорганической матрице с равными интервалами. В некоторых вариантах осуществления изобретения стойкий к баллистическому удару композиционный материал может включать неорганическую керамическую матрицу, содержащую множество кусков гранита, распределенных в неорганической керамической матрице. В других вариантах осуществления изобретения стойкий к растрескиванию материал, такой как Mil-Tough®, может быть распылен на указанную неорганическую керамическую матрицу или прикреплен к ней посредством эпоксидного клея для исключения отслаивания.

В другом аспекте настоящим изобретением обеспечиваются способы изготовления взрывостойких композиционных материалов. В одном из вариантов осуществления способ изготовления взрывостойкого композиционного материала включает обеспечение неорганической керамической матрицы с первой поверхностью, противоположной второй поверхности, и расположение в керамической матрице множества слоев армирующей стекловолоконной ткани. В некоторых вариантах осуществления изобретения первую стекловолоконную ткань располагают вблизи первой поверхности керамической матрицы, вторую стекловолоконную ткань располагают вблизи второй поверхности керамической матрицы и, по меньшей мере, одну дополнительную стекловолоконную ткань располагают между первым и вторым слоями ткани, при этом, по меньшей мере, одна дополнительная ткань характеризуется меньшей пористостью, чем первая ткань и/или вторая ткань. В некоторых вариантах осуществления изобретения множество дополнительных слоев стекловолоконной ткани может быть расположено между первым и вторым слоями ткани. В альтернативных вариантах осуществления изобретения множество слоев стекловолоконной ткани или стекловолоконной ткани с открытой структурой располагают на равных расстояниях по всей неорганической керамической матрице.

В другом варианте осуществления изобретения способ изготовления взрывостойкого композиционного материала включает обеспечение множества выступов, соединение осажденного слоя со множеством выступов и осаждение неорганической керамической матрицы на осажденный слой, при этом керамическая матрица включает, по меньшей мере, один армирующий слой стекловолоконной ткани, расположенный внутри нее.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ изготовления композиционного материала настоящего изобретения включает обеспечение первой неорганической керамической матрицы, содержащей куски камня, такого как гранит, произвольно распределенные в матрице, и второй неорганической матрицы, присоединенной к первой неорганической керамической матрице, где вторая неорганическая керамическая матрица содержит множество слоев стекловолоконной ткани или стекловолоконной ткани с открытой структурой, распределенных по неорганической матрице с равными интервалами. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал может включать неорганическую керамическую матрицу, содержащую множество кусков гранита, распределенных в неорганической керамической матрице.

В другом варианте осуществления изобретения композиционному материалу настоящего изобретения может быть придана форма взрывостойкой или стойкой к баллистическому удару стеновой конструкции. В дополнительных вариантах осуществления изобретения стеновая конструкция, соответствующая настоящему изобретению, может включать первую неорганическую керамическую матрицу, содержащую крупные куски гранита, закрепленную на втором слое неорганической керамической матрицы со множеством распределенных в ней слоев стекловолоконной ткани. Еще в одном варианте осуществления изобретения первый и второй слои отстоят от третьей неорганической керамической матрицы, содержащей множество зафиксированных слоев стекловолоконной ткани, уменьшающей растрескивание, на некоторое расстояние. В некоторых вариантах осуществления изобретения это расстояние составляет, по меньшей мере, шесть дюймов (152 мм).

В различных вариантах осуществления с использованием неорганической керамической матрицы, эта неорганическая керамическая матрица, в некоторых вариантах осуществления изобретения может включать фосфатную керамическую матрицу.

Эти и другие варианты осуществления настоящего изобретения более подробно описаны далее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1А-С показано поперечное сечение композиционных материалов, соответствующих одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.1, обеспечивают наглядность изображения.

На фиг.2А-В показано поперечное сечение композиционных материалов, соответствующих одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.2, обеспечивают наглядность изображения.

На фиг.3 показано поперечное сечение устройства для защиты от действия ударной волны, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.3, обеспечивают наглядность изображения.

На фиг.4 показано поперечное сечение композиционного материала, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.4, обеспечивают наглядность изображения.

На фиг.5 показано поперечное сечение композиционного материала, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.5, обеспечивают наглядность изображения.

На фиг.6 показано поперечное сечение композиционного материала, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.6, обеспечивают наглядность изображения.

На фиг.7А-F показано поперечное сечение композиционного материала, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Размеры слоев и расстояния между слоями, показанные на фиг.7, обеспечивают наглядность изображения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В контексте настоящего описания, если не указано иное, все числовые значения, выражающие количества компонентов, условия реакции и т.д., использованные в описании, следует понимать как во всех случаях модифицированные термином «около». Следовательно, если не указано противоположное, числовые параметры, приведенные в нижеследующем описании, являются приблизительными величинами, которые могут изменяться в зависимости от заданных свойств, которые нужно получить, пользуясь настоящим изобретением. Как минимум, и без намерения ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения каждый числовой параметр следует рассматривать, по меньшей мере, в свете количества приведенных значащих цифр и посредством применения обычных способов округления.

Несмотря на то, что числовые диапазоны и значения параметров, устанавливающие общий объем настоящего изобретения являются приблизительными, числовые значения, приведенные в конкретных примерах, указаны настолько точно, насколько это возможно. Однако любое числовое значение естественным образом включает некоторые ошибки, неизбежные из-за стандартного отклонения, свойственного соответствующим методам измерения. Кроме того, все раскрываемые в настоящем документе диапазоны следует понимать как охватывающие любой поддиапазон и все входящие в них поддиапазоны. Например, диапазон, указанный как «от 1 до 10», следует рассматривать как включающий любой поддиапазон и все поддиапазоны между (включительно) минимальной величиной, равной 1, и максимальной величиной, равной 10; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимальной величины, равной 1 или более, например от 1 до 6,1, и заканчивающиеся максимальной величиной, равной 10 или менее, например от 5,5 до 10. Кроме того, любой ссылочный материал, указываемый как «включаемый в настоящий документ», следует рассматривать как включаемый во всей своей полноте.

Также следует отметить, что в контексте настоящего описания формы единственного числа «а», «an» и «the» (в тексте на английском языке) охватывают и единственное, и множественное число, если явно и недвусмысленно не ограничиваются одним объектом.

Различными вариантами осуществления настоящего изобретения обеспечиваются композиционные материалы и способы их изготовления. В некоторых вариантах осуществления изобретения эти композиционные материалы включают взрывостойкие композиционные материалы и способы изготовления взрывостойких композиционных материалов. В некоторых вариантах осуществления изобретения взрывостойким композиционным материалам настоящего изобретения может быть придана форма панелей или других изделий, предназначенных для усиления зданий и различных конструкций. В некоторых вариантах осуществления композиционные материалы настоящего изобретения могут обеспечивать баллистическую защиту (например, защиту от пуль). В альтернативных вариантах осуществления композиционные материалы настоящего изобретения могут обеспечивать защиту от действия взрывной волны (например, защиту от взрывных устройств). Композиционные материалы настоящего изобретения в некоторых вариантах осуществления могут обеспечивать и взрывостойкость, и баллистическую защиту. В дополнительных вариантах осуществления композиционные материалы настоящего изобретения могут обеспечивать стойкость к экстремальной температуре или пожару.

В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционные материалы являются взрывостойкими и/или стойкими к баллистическому удару. В некоторых вариантах осуществления композиционный материал настоящего изобретения включает неорганическую керамическую матрицу, в которой имеется первая наружная поверхность и вторая наружная поверхность, противоположная первой наружной поверхности; и, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой, расположенную в неорганической керамической матрице между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал может дополнительно включать защитный слой, который соединен со вторым наружным слоем неорганической керамической матрицы. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал дополнительно включает стекловолоконную ткань, которая соединена с первой наружной поверхностью неорганической керамической матрицы. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал дополнительно включает стекловолоконную ткань с открытой структурой, которая расположена на первой наружной поверхности неорганической керамической матрицы, поверхностную ткань. В некоторых вариантах осуществления изобретения эта поверхностная ткань обеспечивает бóльшую стойкость к разрушению от баллистического удара. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал включает, по меньшей мере, три слоя стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенных в матрице между первым наружным слоем и вторым наружным слоем. В некоторых вариантах осуществления изобретения эти слои стекловолоконной ткани с открытой структурой равномерно распределены в неорганической керамической матрице. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый и/или второй слои стекловолоконной ткани образованы стекловолоконной тканью с открытой структурой, такой как стекловолоконная ткань перевивочного или петлистого переплетения. В некоторых вариантах осуществления изобретения стекловолоконная ткань может быть частично покрыта полимером.

Стекловолоконная ткань с открытой структурой может представлять собой ткань, образованную стекловолоконной сеткой различного удельного веса в зависимости от целевого применения. В некоторых вариантах осуществления изобретения стекловолоконная ткань может быть образована стекловолокном, удельный вес которого составляет, по меньшей мере, около 9 унций/кв. ярд (306 г/м²). В других вариантах осуществления изобретения стекловолоконная ткань может быть образована стекловолоконной тканью с удельным весом, по меньшей мере, около 25 унций/кв. ярд (850 г/м²). В предпочтительном варианте осуществления изобретения стекловолоконная ткань может быть образована стекловолокном, удельный вес которого составляет, по меньшей мере, около 14 унций/кв. ярд (476 г/м²). В других вариантах осуществления изобретения стекловолоконная ткань может быть покрыта полимером. Этот полимер, например, может скреплять ткань, делая ее более жесткой, и/или облегчать изготовление композиционного материала настоящего изобретения. Такими полимерами могут быть термопластичные полимеры или термореактивные полимеры. Одним из примеров таких полимеров является акриловый полимер.

В некоторых вариантах осуществления изобретения стекловолоконная ткань может обладать поровым пространством открытой структуры, достаточно большим для того, чтобы неорганическая керамическая матрица могла сцепляться сквозь поры в тканой структуре. В некоторых вариантах осуществления изобретения поры могут иметь размер, по меньшей мере, 0,25 дюйма (6,4 мм). В других вариантах осуществления изобретения отверстие поры может достигать одного дюйма (25,4 мм).

В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционный материал может включать неорганическую керамическую матрицу, в которой имеется первая наружная поверхность и стекловолоконная ткань с открытой структурой, расположенная у первой наружной поверхности, вторая наружная поверхность, противоположная первой наружной поверхности, и вторая стекловолоконная ткань с открытой структурой, расположенная у второй наружной поверхности, и, по меньшей мере, одна стекловолоконная ткань с открытой структурой, расположенная между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью в этой неорганической керамической матрице. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал дополнительно включает стекловолоконную ткань с открытой структурой, расположенную у первой наружной поверхности неорганической керамической матрицы, поверхностную ткань. В некоторых вариантах осуществления изобретения эта поверхностная ткань обеспечивает бóльшую стойкость к разрушению от баллистического удара. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал может иметь толщину, по меньшей мере, около 1,5 дюймов (38 мм) и дополнительно включать, по меньшей мере, около четырех слоев стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенных на равном расстоянии около 0,5 дюйма (12,7 мм) по всей неорганической керамической матрице. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал может иметь толщину, по меньшей мере, около 3,5 дюймов (89 мм) и дополнительно включать, по меньшей мере, около шести слоев стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенных на равном расстоянии около 0,7 дюйма (17,8 мм) по всей неорганической керамической матрице.

В других вариантах осуществления изобретения композиционный материал может дополнительно включать защитный слой, который соединен со второй наружной поверхностью неорганической керамической матрицы. Этот защитный слой может включать стойкий к растрескиванию материал, предотвращающий износ или растрескивание неорганической керамической матрицы вследствие воздействия влаги, сильного нагревания или давления. Растрескивание происходит, когда куски или глыбы бетона отделяются и отламываются от крупной бетонной конструкции. Растрескивание может происходить при воздействии на бетон высокой влажности, температуры или давления. Например, пожар внутри бетонной конструкции может вызвать растрескивание бетона вследствие воздействия экстремальной температуры. В некоторых вариантах осуществления изобретения защитный слой распыляют на вторую наружную поверхность неорганической керамической матрицы. В других вариантах осуществления изобретения защитный слой соединен со второй наружной поверхностью посредством эпоксидной смолы. В некоторых вариантах осуществления изобретения эпоксидная смола может включать отверждаемую во влажном режиме эпоксидную смолу. В других вариантах осуществления изобретения защитный слой может представлять собой Mil-Tough®.

В других вариантах осуществления изобретения композиционный материал, включающий неорганическую керамическую матрицу с первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью, противоположной первой наружной поверхности, и, по меньшей мере, один слой стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенный между первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью, также может включать металлическую арматуру. В некоторых вариантах осуществления изобретения металлическая арматура может включать решетку с мелкими отверстиями. В других вариантах осуществления изобретения металлическая арматура может придавать композиционному материалу электропроводность или магнитные свойства.

В некоторых вариантах осуществления композиционный материал настоящего изобретения включает первую неорганическую матрицу, содержащую куски камня, такого как гранит, и вторую неорганическую керамическую матрицу, расположенную рядом с первой неорганической керамической матрицей, которая содержит, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань или стекловолоконную ткань с открытой структурой, находящуюся во второй неорганической керамической матрице. В других вариантах осуществления изобретения этот композиционный материал дополнительно включает защитный слой, который соединен со второй неорганической матрицей. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционный материал может включать первую неорганическую керамическую матрицу, содержащую куски камня, такого как гранит. В некоторых вариантах осуществления изобретения вторая неорганическая керамическая матрица может включать, по меньшей мере, одну стекловолоконную ткань с открытой структурой и песок. В других вариантах осуществления изобретения песок может дополнительно включать гранитный песок. В некоторых вариантах осуществления изобретения гранитный песок может повышать прочность композиционного материала при сжатии.

В некоторых вариантах осуществления изобретения неорганическая керамическая матрица может содержать куски гранита различных размеров. В некоторых вариантах осуществления изобретения куски гранита могут иметь диаметр, по меньшей мере, 0,75 дюйма (19 мм). В других вариантах осуществления изобретения диаметр кусков гранита может быть меньше 0,75 дюйма, но больше 0,25 дюйма (6,4 мм). В других вариантах осуществления изобретения размер и форма имеющихся кусков гранита могут соответствовать ситу 6М. В других вариантах осуществления изобретения первая неорганическая керамическая матрица может содержать до 40% об. камня. В альтернативных вариантах осуществления изобретения первая неорганическая керамическая матрица может содержать до 50% об. камня. В некоторых вариантах осуществления изобретения вторая неорганическая керамическая матрица может содержать до 40% об. песка. В других вариантах осуществления изобретения вторая неорганическая керамическая матрица может содержать до 50% об. песка.

В некоторых вариантах осуществления изобретения композиционный материал может быть образован первой неорганической керамической матрицей толщиной, по меньшей мере, около одного дюйма, и второй неорганической керамической матрицей толщиной, по меньшей мере, около одного дюйма. В других вариантах осуществления изобретения вторая неорганическая керамическая матрица толщиной, по меньшей мере, около одного дюйма может содержать, по меньшей мере, шесть слоев стекловолоконной ткани с открытой структурой, равномерно распределенных внутри нее. В других вариантах осуществления изобретения первая неорганическая керамическая матрица может дополнительно включать один слой стекловолоконной ткани с открытой структурой, расположенный у первой наружной поверхности этой неорганической керамической матрицы, поверхностный слой. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот поверхностный слой обеспечивает повышенную стойкость к разрушению от баллистического удара. В других вариантах осуществления изобретения композиционный материал может включать первую неорганическую керамическую матрицу и вторую неорганическую керамическую матрицу толщиной, по меньшей мере, около 1,5 дюйма (38 мм) каждая. В одном из вариантов осуществления изобретения в котором толщина второй неорганической керамической матрицы составляет, по меньшей мере, около 1,5 дюй