[发明专利]一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备技术领域，特别涉及一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法。

背景技术

随着现代战争杀伤性武器的大规模发展，早先的防弹材料已经不能满足防弹材料所具备的性能要求。寻求性能优越的防弹材料具有重大的国防战略意义。金属类材料作为早期防弹材料存在容易被子弹击穿，防弹系数低等缺点，并且金属的密度大，又不能随意的增加其厚度，否则士兵的作战能力会直线下降。陶瓷类材料以氧化铝最常被用作防弹材料，它具有烧结性能好，工艺成熟，制品尺寸稳定，生产成本低且原料丰富等优点，但是其防弹能力略低，密度较大，不能满足高性能的防弹要求。

美国的拦截者防弹衣以纯的碳化硼通过热压烧结制备而来，防弹性能优越，但是其原料稀少，烧结工艺困难，使得制作成本非常高昂，不适合大规模配备军队。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法，制备的防弹材料，具有密度小，防弹性能好，性价比高等综合优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法，包含以下步骤：

步骤一，均匀混料，将碳化硅粉末、纳米碳黑、酚醛树脂、碳化硼粉末四种组分按照重量比24:5:4:（1.7‐27）称量后，在研钵中将碳化硅粉末、碳化硼粉末、纳米碳黑三种固体混合，将酚醛树脂用酒精边搅拌边加入直至酚醛树脂充分溶解，加入到研钵中，放入球磨混料机中进行24小时充分混匀；

步骤二，造粒，将混匀的粉料用60MPa的压力进行加压，压力持续半分钟，然后通过80目的筛网进行造粒；

步骤三，模压成型，称重25.00g的团粒，均匀地填充在50×50mm的磨具中，在120MPa的压力下用半自动压力成型机压制成型，制成生坯，加压方式为双向加压；

步骤四，烘干、固化，将生坯放入烘箱中进行烘干固化，在80℃下保温4小时，然后升温至100℃，再保温4个小时，最后以每分钟2℃的升温速度升至140℃保温8小时；

步骤五，渗硅反应烧结，在石墨坩埚中加入和生坯、石墨纸总重量等重的粒径5mm的硅粒，将固化好的生坯放置在金属硅上，连同石墨坩埚一起放入高温真空烧结炉内烧结，真空电阻炉预热30分钟后，开始抽真空，然后开始每半小时升加热电压一伏，当炉温达到1350℃的时候停止抽真空，继续升温至1600℃，在该温度下保温30分钟，接着停止加热，随炉温冷却至室温。

所述的碳化硅粉末的粒径为14μm。

所述碳化硼粉末的最佳粒径为14μm，断裂韧性最大。碳化硼粒径减小易产生团聚，颗粒分布不均匀；碳化硼粒径增加对裂纹扩张有阻碍作用，但材料残硅量变多，材料硬度下降。

所述碳化硼最佳重量分数为15％(wt%)，复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性最高。加入碳化硼可以提高复相陶瓷硬度，并且与硅反应时使复合陶瓷的残硅量有所减少，但当碳化硼含量达到一定量时，碳化硼的团聚现象会组织变得不均匀，组织间的间隙变大，残硅量变多，影响复相陶瓷材料的力学性能。

本发明的有益效果是：

本发明利用反应烧结原理，在生坯中加入硬度大、密度小的碳化硼颗粒，利用颗粒增强机制制备的防弹材料，具有密度小（2.70‐3.05g/cm³），防弹性能好（躯干模凹陷深度最低达到15.0mm，且都低于国军标25mm），性价比高等综合优点。

附图说明

图1为试样烧成曲线图。

图2为不同成分试样断口形貌图，其中图（Ⅰ）为实施例1的断口形貌；图（Ⅱ）为实施例2的断口形貌；图（Ⅲ）为实施例3的断口形貌；图（Ⅳ）为实施例4的断口形貌；图（Ⅴ）为实施例5的断口形貌。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法，包含以下步骤：

步骤一，均匀混料，将碳化硅粉末、纳米碳黑、酚醛树脂、碳化硼粉末四种组分按照重量比24:5:4:1.7称量后，在研钵中将碳化硅粉末、碳化硼粉末、纳米碳黑三种固体混合，将酚醛树脂用酒精边搅拌边加入直至酚醛树脂充分溶解，加入到研钵中，放入球磨混料机中进行24小时充分混匀；

步骤二，造粒，将混匀的粉料用60MPa的压力进行加压，压力持续半分钟，然后通过80目的筛网进行造粒；