[发明专利]固相烧结碳化硅防弹陶瓷及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷的制备方法，特别是固相烧结碳化硅防弹陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前应用最广的陶瓷防弹材料主要为氧化铝陶瓷，碳化硼陶瓷和碳化硅陶瓷，以及由这几种陶瓷为基体的复合材料。与其他几种材料相比，碳化硅是一种共价键很强的陶瓷材料，具有良好的机械性能和硬度，密度低于氧化铝，可以降低防弹衣的重量，同时性能远超氧化铝；虽然碳化硼陶瓷性能优于碳化硅陶瓷，但其生产成本却高于碳化硅陶瓷。

常见碳化硅陶瓷制品以烧结方式的不同可分为反应烧结碳化硅陶瓷和无压固相烧结碳化硅陶瓷。中国专利“一种碳化硅防弹陶瓷的制备方法”，公开号CN 101967059A和中国专利“一种碳化硅防弹陶瓷材料及其制备方法”，公开号CN 102219519A中所涉及的碳化硅陶瓷均为反应烧结碳化硅，上述两种方法制备的碳化硅防弹陶瓷虽然具有生产工艺简单的优点，但由于其含有大量未完全反应的游离硅，致使其密度、硬度、耐蚀性和机械强度较低，表面质量较差。

目前采用反应烧结生产的碳化硅陶瓷的密度一般在3.05-3.10g/cm³，HRA硬度为90-92，三点抗弯强度为350-400MPa，而采用固相烧结生产的碳化硅陶瓷密度为3.10-3.12g/cm³，HRA硬度为91-93，三点抗弯强度为400-450Mpa。

发明内容

本发明的目的是客服现有技术所存在的缺陷，提供一种内部组织结构的均匀性好、具有良好的机械性能和化学性能、生产工艺简单的固相烧结碳化硅防弹陶瓷及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种固相烧结碳化硅防弹陶瓷，其重量百分比组成为：

亚微米级α型碳化硅70-90%、碳化硼0.1-5%、树脂4-20%、有机物粘结剂5-20%，固相烧结碳化硅防弹陶瓷的密度为3.14-3.16g/cm³，相对密度为97%-98%，三点抗弯强度为480-560Mpa。

上述亚微米级α型碳化硅的粒径为0.50-0.70微米，纯度大于99%。

上述碳化硼的粒径为0.5-2.0微米，纯度大于90%。

上述树脂为丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂中的一种或多种的复配；所述有机粘结剂是聚乙烯醇、糊精、羧甲基纤维素中的一种或多种的复配；上述树脂和有机粘结剂未注明纯度的均为工业级。

一种固相烧结碳化硅防弹陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：

1）原料的混合：按重量百分比将亚微米级α型碳化硅70-90%、碳化硼0.1-5%、树脂4-20%、有机物粘结剂5-20%，放入混料机中加入纯水进行湿法混合，6-48小时后将混合好的料浆过60-120目筛；

2）喷雾造粒：将过筛后的料浆通过喷雾造粒塔进行喷雾造粒，喷雾造粒塔的进口温度180-260℃，出口温度60-120℃；造粒后的物料松装密度为0.85-0.92g/cm³，流动性为8-11s/30g；将造粒后的物料过60-120目筛后备用；

3）成型：根据所需制品形状选取模具，将上述造粒后的物料装入模具型腔内，在50-200MPa压力进行常温模压成型，得生坯；或将模压成型后的生坯再放入等静压设备中，以200-300MPa压力进行等静压，得二次压制后的生坯；

4）真空烧结：将上述步骤制备出的生坯，放入真空烧结炉中进行烧结后，检验合格的即为碳化硅防弹陶瓷成品；上述烧结过程中，首先对烧结炉进行抽真空，当真空度达到3-5×10^-2Pa后，向烧结炉内通惰性气体至常压后进行加热，加热温度与时间的关系为：室温至800℃、5-8小时，保温0.5-1小时，从800℃至2000-2300℃、6-9小时，保温1到2小时，之后随炉冷却，降至室温出炉。

于上述亚微米级α型碳化硅的粒径为0.50-0.70微米，纯度大于99%。

上述碳化硼的粒径为0.5-2.0微米，纯度大于90%。

上述树脂为丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂中的一种或任一比例的混合；所述有机粘结剂是聚乙烯醇、糊精、羧甲基纤维素中的一种或任一比例的混合；上述树脂和有机粘结剂未注明纯度的均为工业级。

上述碳化硅防弹陶瓷成品的密度为3.14-3.16g/cm³，相对密度为97%-98%，三点抗弯强度为480-560Mpa。