纤维金属层合板(FMLs)是纤维和金属层交替铺放的混合结构。这种材料结合了金属优良的耐冲击性、延展性和纤维增强聚合物轻质、高强度的特点，能够提供有效的弹道保护。因此，在高速碎片穿透下的实验研究对船舶复合装甲的抗弹道性能和降低船舶重量具有重要意义。在FML制备过程中，复合材料与金属层之间的界面粘附必须完整，要确保有足够高的粘合强度来保证不同层之间的应力传递。一般来说，界面粘附取决于表面之间的联锁效应和有效接触面积。在制备过程中，需要对金属表面进行处理，以提高界面附着力。相关的处理方法包括化学处理或化学蚀刻、喷砂或两种的组合。
较多研究多集中在弹丸特性对FMLs的弹道冲击特性的影响上，而没有考虑层合板特性的影响。FML金属层主要以铝合金为主，但铝合金易受海水腐蚀，故不适合船舶轻质设计。玻璃纤维是目前船舶结构中最常用的复合材料。最近，有研究人员在不同环境条件（酸性、碱性和不同温度）下对玄武岩和玻璃纤维进行了一系列测试。他们的结论是，玄武岩纤维浸泡在不同的碱性和酸性环境中，比玻璃纤维能保持更高的强度。也有研究者给出了单向玄武岩在60°C下浸没55天后的拉伸试验结果，认为玄武岩纤维具有较强的耐水和盐腐蚀特性。
近日， 哈尔滨工程大学的Pang Yuezhao（第一作者），Qu Jia（通讯作者）及其团队，在《Composite Structures》上发表了题为“Experiment Study of basalt fiber/steel hybrid laminates under high-velocity impact performance by projectiles”的文章，他们设计并制备了玄武岩纤维/304不锈钢板混杂层合板，对不同铺层结构的玄武岩纤维/钢混杂层合板进行了弹道冲击试验，用冲击速度和残余速度拟合了弹道极限速度，研究了层结构对弹道冲击特性的影响。随后，基于相同的铺层结构，研究了纤维体积分数和层合板面密度对弹道冲击特性的影响。最后，对不同的层合板进行了弹道冲击试验，研究了冲击角度对弹道冲击特性的影响，并对不同类型层压板的损伤模式进行了比较和分析。
文章设计了三种不同铺层结构、三种不同纤维体积分数和三种不同面密度的玄武岩纤维/钢混杂层合板。根据3/2的铺层结构，分别改变了纤维体积分数和面密度，得到3种纤维体积分数的玄武岩纤维/钢混杂层合板和3种面密度的玄武岩纤维/钢混杂层合板。
图 1 304不锈钢板表面的显微图像：(a)喷砂前，(b)喷砂后
图 2 不同铺曾结构的层合板弹道极限速度的拟合曲线
图 3 穿透不同铺层结构层合板弹体的能量损失图
图 4 T1铺层结构层合板被弹体穿透后的损伤图
图 5 五种不同冲击速度下T1结构层合板的横截面损伤图
图 6 T1铺层结构层合板被穿透后产生的冲塞块
图 7 不同纤维体积分数下层合板弹道极限速度的拟合曲线
图 8 穿透不同纤维体积分数的层合板的弹体的能量损失图
图 9 不同面密度下层合板弹道极限速度的拟合曲线
图 10 穿透不同面密度层合板后弹体的能量损失图
图 11 不同冲击角度下层合板的能量吸收曲线
图 12 不同冲击角度下不同铺层结构层合板的损伤模式
图 13 不同冲击角度下不同铺层结构层合板的横截面的损伤模式
在该研究中，作者使用直径为19毫米的钢球对玄武岩纤维/304钢板混杂层合板进行了弹道冲击试验，分析了铺层结构、纤维体积分数、面密度和冲击角度对弹道冲击性能的影响。结果表明，在正常冲击作用下，不同铺层结构层合板的弹道极限速度值分别为从高到低为3/2铺层、2/1铺层和4/3铺层。对于3/2的铺层结构，当纤维体积分数增加时，弹道极限速度减小；当层合板面密度增加时，钢球穿透目标板后，比能量吸收也会增加。斜冲击实验结果表明，能量损失随冲击角度的增加而提高。该研究为玄武岩纤维/钢混杂层合板在轻型船舶上的应用提供了有效的参考。
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