[发明专利]氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板

说明书

本发明涉及一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法和应用、防弹插板。其中，按照质量百分数计，氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％。采用特定的组分及配比，其中，通过氮化物晶须和碳化物晶须和稀土氧化物对氮化硅粉体的共同作用，可以增强碳化硅陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性，且氮化物晶须与碳化物晶须配合，还可以提高碳化硅陶瓷材料的抗弹性能。同时，单质碳与三氧化二硼粉能在稀土氧化物的催化下，在氮化硅基体中形成非连续型的碳化硼晶须成分，不仅降低了材料的面密度，而且提高了材料的硬度及弹性模量。

技术领域

本发明涉及氮化硅材料制备技术领域，特别是涉及一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板。

背景技术

陶瓷材料具有优异的综合性能，包括高比刚度、高比强度和良好的化学惰性，同时，陶瓷材料还具有低密度、高硬度和高抗压强度的优势。陶瓷材料优异的性能使其在装甲防护系统上的应用具有非常大的潜力。

陶瓷作为装甲防护材料的主要优势是强度和硬度高、耐磨和密度小，然而，目前传统技术制得的陶瓷材料易破碎、抗多发打击性能弱，使陶瓷材料在高性能防护材料领域的应用受到极大的限制。且，现今弹炮材料性能逐步升级，例如目前穿甲弹的弹丸使用高密度合金钢、碳化钨或钨、贫铀合金钢等材料，弹丸初速为0.9km/s～1.8km/s，穿甲厚度达1m以上，穿甲能力强、飞行速度损失小，极具威胁力，这使得装甲防护材料面临着大的挑战。

目前主要有B₄C、SiC和Al₂O₃三种类型的陶瓷防弹插板，但均存在断裂韧性较低、抗弯强度较低等性能缺陷，导致其抗弹性能特别是抗多发打击性能弱，因此，急需研发出一种断裂韧性和抗弯强度高且抗弹性能高的氮化硅陶瓷材料。

发明内容

基于此，本发明提供了一种断裂韧性和抗弯强度高且抗弹性能高的氮化硅陶瓷材料及其制备方法和应用、防弹插板。

本发明的技术方案如下。

本发明一方面提供了一种氮化硅陶瓷材料，按照质量百分数计，所述氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％。

在其中一些实施例中，所述氮化物晶须的长径比为(5～20):1；所述碳化物晶须的长径比为(50～100):1。

在其中一些实施例中，所述氮化物晶须和所述碳化物晶须的质量比为1:(1～3)。

在其中一些实施例中，所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物。

本发明另一方面提供了一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

提供以下原料：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％；

将所述原料混合于溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；

将所述造粒粉制成生坯；

将所述生坯烧结成型，得到氮化硅陶瓷材料。

在其中一些实施例中，所述将所述造粒粉制成生坯的步骤具体包括如下步骤：

采用双向模压成型对所述造粒粉进行干压压制，得到密度为1.5g/cm³～1.8g/cm³的生坯；