[发明专利]一种热压烧结碳化硼防弹材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热压烧结碳化硼防弹材料及其制备方法，属于材料合成技术领域。

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，又不能随意地增加其厚度，否则士兵的作战能力会直线下降。而陶瓷材料具有强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、高温蠕变性能小、高温下耐磨性优异、热膨胀系数小、密度低等优良的综合性能，其在防弹的吸能效应、磨损效应、动力学效应等方面都明显优于金属材料、高分子材料及其复合材料，并在军工防护中获得了实际的应用，已成为装甲防护中的三大主导材料之一。世界各国对陶瓷复合防弹材料的研究都高度重视，这种研究主要集中在陶瓷-金属复合、陶瓷-聚脂薄片复合、钢-陶瓷-钢复合等方面，这些复合材料均属于宏观上的层状复合材料，即层与层之间存在明显界面且各层之间发生物理性能突变的层状复合材料。由陶瓷和金属复合而成的陶瓷-金属复合材料，尽管具有很多优点，但在内部应力增大时，会导致材料的破坏，并且其密度由于金属的存在相对陶瓷材料来说用于装甲防弹材料上也不具优势。另一方面，陶瓷与聚脂薄片的复合材料虽然符合防弹材料对轻质的要求，但由于材料特性的突变引起的层间应力集中、容易导致层裂破坏等不利因素。陶瓷与氧化铝的防弹材料具有烧结性能好，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。

而碳化硼是一种超硬的材料，具有轻质、耐磨性能好、耐化学腐蚀、极佳的弹道性能以及高的种子吸收性能等优良性能。可应用于喷砂机的喷嘴、密封元件、防弹背心及飞机的防弹板等防弹材料中。由于碳化硼的晶体结构中有大约93%的共价键，使得碳化硼材料的烧结非常困难。通常要在2300℃热压烧结才能获得较致密的碳化硼材料，另外，碳化硼是一种非常脆的材料，纯碳化硼的断裂韧性只有2.2MPam^1/2，由于上述的缺点，限制了碳化硼的广泛应用。

目前，国内外对改善碳化硼材料的烧结性能，通过采用直接加入TiB₂、SiC、C、Al₂O₃以及金属Ti、Al等的方法，使烧结温度降低至1700-1800℃，但是材料的硬度却降到30Gpa以下，断裂韧性仅为2.5-3.2MPam^1/2，且工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种硬度高、抗折强度大、断裂韧性好、防弹效果好的热压烧结碳化硼防弹材料，并涉及该热压烧结碳化硼防弹材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种热压烧结碳化硼防弹材料，所述防弹材料包括如下质量百分比的组成成分：碳化硼：70-98%，TiO₂：1-12%，α-SiC：1-12%，炭黑：1-5%。