[发明专利]一种纳米粉体改性碳化硅-碳化硼复相陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米粉体改性碳化硅‑碳化硼复相陶瓷，按照质量百分比计，包括：碳化硅粉体与碳化硼粉体90wt％～98wt％，碳粉1wt％～5wt％，氧化锆粉体1wt％～5wt％，纳米石墨烯粉体1wt％～5wt％；其中，碳化硅粉体与碳化硼粉体的质量比为1:4～4:1；碳化硅粉体包括纳米碳化硅粉体与微米碳化硅粉体，纳米碳化硅粉体质量为5wt％～20wt％，碳化硼粉体包括纳米碳化硼粉体与微米碳化硼粉体，纳米碳化硼粉体粉体质量为5wt％～20wt％。本发明还提供了上述复相陶瓷的制备方法，包括步骤：(1)一次纳米粉体混合；(2)二次粉体混合；(3)喷雾造粒；(4)压力成型；(5)预烧结；(6)终烧结。本发明能够制备得到硬度、强度均得到提高的SiC‑B₄C复相陶瓷，提高复相陶瓷性能的均匀性，且烧结温度低，制备效率提高。

技术领域

本发明涉及抗弹陶瓷材料技术领域，特别涉及一种纳米粉体改性碳化硅-碳化硼复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着装甲防护领域对防护性能需求的不断提高，抗弹陶瓷材料的种类也越来越多，目前已经应用的有氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)、碳化硅陶瓷(SiC)、碳化硅硼陶瓷(B₄C)，应用装备主要包括装甲车辆、直升机、人体防护等。

目前，装备轻量化的需求使得ZTA陶瓷逐渐被SiC陶瓷替代，又由于B₄C较高的价格，使得B₄C陶瓷仅应用于直升机防护、人体防护领域，对于需求量最大的装甲车辆防护应用较少，这严重制约了高性能陶瓷在装甲防护领域的应用。因此，提出了SiC-B₄C复相陶瓷，降低密度的同时提高其力学性能。但目前的抗弹陶瓷材料均不能实现抗多发弹的要求，且陶瓷产品性能均一性较差。

如中国发明专利申请(申请号200910098949.9，申请日2009.05.22)公开了一种SiC复相陶瓷密封材料及其制备方法，将碳化硅粉、外掺0.1～1wt％的碳粉、0.1～1wt％的碳化硼粉、0.1～3wt％的PVA粘结剂、0.5～1.5wt％的分散剂加入到去离子水中，经球磨混合后对料浆进行喷雾干燥，对得到的粒粉采用140MPa干压和200MPa冷等静压成型，成型后素坯在2000℃～2100℃高温烧结，保温1～1.5小时，烧结得到碳化硅复相陶瓷。

如中国发明专利申请(申请号201810528452.5，申请日2018.05.29)公开了一种SiC-B₄C复相陶瓷的制备方法，将5～30wt％碳化硅粉(0.3～0.8μm)、56～90wt％碳化硼粉(0.5～1.0μm)、0.5～5wt％碳粉、0～5wt％硼化锆粉等其他烧结助剂加入分散剂、粘结剂、溶剂等球磨混合后喷雾造粒；将造粒粉干压成型后高温烧结(2050～2250℃)，保温30min～2h，制得SiC-B₄C复相陶瓷，抗弯强度400MPa，断裂韧性5.0MPa·m^1/2，维氏硬度26GPa，其终烧结温度较高，能耗大，效率低，对成本影响较大，且力学性能一般。

如中国发明专利申请(申请号200310107765.7，申请日2003.12.19)公开了碳化物复相陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造方法，碳化硅和碳化硼的质量比为1:20～20:1，这两种粉体占总粉体质量的70％～92％，Al-Y系添加剂占5.5％～25％，CeO₂或La₂O₃占0.5％～3％，所述碳化硅-碳化硼复相陶瓷防弹板的制造方法为：将所有粉体按照比例添加后球磨混合，造粒，成型，最后在氩气气氛烧结炉中进行高温烧结，终烧温度为1750℃～2050℃，保温4h～8h。

上述现有技术中制备得到的SiC-B₄C复相陶瓷的性能并未有较大幅度的提升，硬度低于B₄C陶瓷，强度低于SiC陶瓷，且烧结温度高，效率低，抗弹能力的可靠性较低。

发明内容