[发明专利]一种复合装甲材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体讲涉及一种复合装甲材料。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，呈单层片状结构(厚度仅为几个纳米)。由于其独特的二维蜂窝晶体结构和极高的键强度，石墨烯是目前已知的世界上比强度最高、最坚硬的纳米材料，其断裂强度高达130GPa。因此，利用石墨烯的高强度，将其与金属材料复合，制备成石墨烯/金属复合装甲材料，是一种新型的高强高韧金属基复合装甲材料。

目前石墨烯与金属复合装甲材料的制备方法主要有两种：熔融铸造法和粉末冶金法。例如，采用熔融铸造法制备石墨烯/高温复合装甲材料时，由于石墨烯与不锈钢二者密度差异大，石墨烯很难在不锈钢溶液内部均匀分散，此外，二者在材料制备过程中很可能发生高温界面反应，降低材料性能，因此石墨烯/不锈钢复合装甲材料较少采用熔融铸造法来制备。采用粉末冶金法制备石墨烯不锈钢复合装甲材料时，首先需要获得石墨烯和不锈钢均匀混合的粉体，然后通过后续的压力加工来制备石墨烯/不锈钢复合块体材料，最大限度地抑制传统熔融铸造法带来的高温界面反应。因此，石墨烯/不锈钢复合装甲材料一般采用粉末冶金法来制备。

目前，轻型装甲车一直采用钢制防弹装甲，武装直升飞机采用钛合金防弹装甲。但是未来战争对陆军的远程投送能力、武装直升飞机的有效载荷能力都提出越来越高的要求，这就对装备重量提出了严苛要求，使得以前使用的钢制装甲和钛合金装甲已不能满足未来武器装备发展的需要。因此需要提供一种密度低，成本低，易批量生产的复合装甲材料。

对于金属基复合装甲材料来说，增强相在金属基体中的分布是否均匀、增强相是否发生团聚、界面结合是否紧密，直接决定着复合装甲材料性能的优劣。因此，石墨烯在金属基体中的均匀分散如何实现，是制备石墨烯/金属复合装甲材料需要突破的关键技术。尤其是采用粉末冶金法制备石墨烯/金属复合装甲材料时，如何获得石墨烯在金属粉体中均匀分散的混合粉体，是制备高品质石墨烯/金属复合装甲材料的前提和基础。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种石墨烯与金属粉体混合的新方法，可实现石墨烯与金属粉体的均匀混合。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：

一种复合装甲材料，其制备方法包括如下步骤：

(1)称取石墨烯和-200+400目的不锈钢粉末；

(2)所述石墨烯在酒精溶液中超声分散0.5～1.0h，得到石墨烯/酒精混合溶液；

(3)将不锈钢粉末分批加入所述石墨烯/酒精混合溶液中，转速100～500r/min，温度40～60℃下，混合1～2h，得到半固态糊状的石墨烯/不锈钢混合粉体；

(4)50～60℃下，干燥所述半固态糊状的石墨烯/不锈钢混合粉体2～3h；

(5)碾压步骤(4)得到的石墨烯/不锈钢混合粉得到无板结团聚的混合粉末；

不锈钢按质量百分比计含下述组份：C 0.06～0.12％，Mn 2.5～4.5％，Ni 0.5～2.0％，Cu 1.5～3.2％，Si 0.1～1.5％，Cr 18～20％，N 0.05～0.17％，剩余为Fe及其他不可避免的杂物。

一种复合装甲材料的第一优选方案，C 0.06％，Mn 2.5％，Ni 0.5％，Cu 1.5％，Si 0.1％，Cr 18％，N 0.05％。

一种复合装甲材料的第二优选方案，C 0.12％，Mn 4.5％，Ni 2.0％，Cu 3.2％，Si 1.5％，Cr 20％，N 0.17％。

一种复合装甲材料的第三优选方案，C 0.08％，Mn 3.5％，Ni 1.5％，Cu 2.5％，Si 0.8％，Cr 19％，N 0.12％。

一种复合装甲材料的第四优选方案，步骤(1)中，石墨烯占所述复合装甲材料总质量的0.5～1.0％。

一种复合装甲材料的第五优选方案，步骤(2)中，超声分散采用超声细胞粉碎仪；10层以下的石墨烯占60-70％。

一种复合装甲材料的第六优选方案，步骤(3)中，分批加入的速度是100～150g/10min。

一种复合装甲材料的第七优选方案，步骤(4)中，干燥用酒精冷凝回收装置。

一种复合装甲材料的第八优选方案，步骤(5)中，碾压时间为2～3h。

和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

(1)本发明提供的制备方法，石墨烯在金属粉体中的均匀分散性良好。