一种铝‑碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种铝‑碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用，所述的铝‑碳化硅复合陶瓷材料通过以下步骤制备而成：(1)将碳化硅陶瓷分散埋没在金属钛粉末中，真空环境下，加热至1000～1100℃并保温1～3h，冷却后得到表面蒸镀有金属钛层的陶瓷颗粒；(2)将蒸镀有金属钛层的陶瓷颗粒置入容器中紧密排列，组成陶瓷阵列，加热后放入压铸机器中，将金属铝熔体浇注到陶瓷阵列中；(3)脱模后，清理陶瓷表面，即得到铝‑碳化硅复合陶瓷材料，该铝‑碳化硅复合陶瓷材料可用于制作防弹板。与现有技术相比，本发明专利技术具有复合陶瓷材料结合致密、制备方法工艺简单，适合工业化放大等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法和应用，尤其是涉及一种铝-碳化硅 复合陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
碳化硅陶瓷是目前主流的人体防护材料之一，具有密度低、硬度高、弯曲强度高等 特点，防弹综合性能好，并能较大程度保持装备人员的战斗机动性。但是，碳化硅陶瓷脆性 大，抗多发子弹打击能力差。为了克服这个缺点，采用圆柱状碳化硅陶瓷密排拼砌成大块的 防弹陶瓷板，可以较好地解决陶瓷防弹板致命的快速脆断问题，尤其是当圆柱状陶瓷颗粒 两端或者在迎弹面一端采用凸面状时，还可以使入射的弹头产生偏转，进一步提高防弹陶 瓷的弹道性能。 常用的陶瓷防弹板一般采用胶黏剂将多个形状规则的陶瓷片粘结在一起，由于圆 柱状陶瓷排列时会留下较大的间隙，用胶黏剂胶粘或者采用橡胶充填间隙，陶瓷之间结合 力差，在子弹打击过程中，容易导致多个陶瓷脱飞，从而无法起到防护作用。所以，要真正实 现防护目标，还必须使圆柱陶瓷紧密结合在一起，使陶瓷之间具有较强的结合力。 中国专利201410062187. 8公开了一种陶瓷复合防弹板，包括防弹背板以及设于 防弹背板上的防弹陶瓷块，防弹陶瓷块由平面板块以及用于改变子弹冲击方向的曲面突起 构成；曲面突起设于平面板块的上表面；平面板块的下表面以面接触的方式固定在防弹背 板上。该专利首先使凸面形状的防弹陶瓷紧密排列，而后采用胶黏剂将其粘结在一起，虽然 能使得防弹板的整理重量大幅降低，但是普通的胶黏剂无法将凸面形状的陶瓷紧密联结成 整体，不可能对陶瓷产生横向约束作用，无法对陶瓷抗击子弹的侵彻提供额外的保护作用， 从而使得复合防弹板的防弹能力较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合致密、成本 低廉的铝-碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用。 本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现： -种铝_碳化硅复合陶瓷材料，包括多个紧密排列的碳化硅陶瓷，该碳化硅陶瓷 表面涂镀有金属钛层，多个碳化硅陶瓷之间浇注有铝基材料并结合成整体。 所述的金属钛层由纯钛和Ti02组成，其中，纯钛的质量含量为30~80%，所述的 金属钛层的厚度为0. 05~1 ym。 所述的碳化硅陶瓷通过反应烧结、无压烧结或热压烧结工艺制备而成，所述的碳 化硅陶瓷的形状为截面直径为5~30_的圆柱形或半圆柱形，所述的碳化硅陶瓷的至少一 端形成与其侧面光滑过渡的球冠或半球冠。 所述的铝基材料为纯铝或铝合金。 所述的铝合金包括质量分数为8~10%的硅和0. 1~0. 3%的镁，其余为铝。 -种铝-碳化硅复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)按质量百分数称取30~80%的纯钛粉末和20%~70%的Ti0 2粉末，混合均 勾后制得混合粉末； (2)将碳化硅陶瓷分散埋没在混合粉末中，真空环境下，加热至1000~1100°C并 保温1~3h，冷却后得到表面蒸镀有金属钛层的陶瓷颗粒； (3)将蒸镀有金属钛层的陶瓷颗粒置入容器中紧密排列，组成陶瓷阵列，加热后放 入压铸机器中，将铝基材料熔体浇注到陶瓷阵列中； (4)脱模后，清理陶瓷表面，即得到铝-碳化硅复合陶瓷材料。 所述的纯钛粉末的粒度为20~60 y m，所述的Ti02粉末的粒度为40~100 ym。 步骤⑵中真空环境的真空度大于或等于2X10 3Pa。 步骤（3)中陶瓷阵列加热到200~300°C后立即放入压铸机器中，铝基材料熔体的 浇注温度为700~800°C，浇注压力为10~40Mpa。 -种铝-碳化硅复合陶瓷材料用于制作防弹板。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： 1)结合致密：本专利技术制备的铝_碳化硅复合陶瓷材料将铝浇注包覆碳化硅陶瓷制 品，同时在SiC表面蒸镀Ti层，提高铝和碳化硅陶瓷的润湿性和结合力，浇筑过程中铝钛通 过原位反应生成的Al 3Ti组织弥散分布于基体中，起到异质形核心、细化晶粒的作用，有助 于材料性能的提尚，另一方面，错钦的反应减少错和碳化娃之间的化学反应，从而提尚错、 碳化硅陶瓷制品之间的结合密度，使得铝-碳化硅复合陶瓷材料结合致密，成功解决了圆 柱状碳化硅陶瓷结合成整体防弹板的问题，提高了碳化硅陶瓷防弹板抗多发子弹打击的能 力； 2)防弹性能优异、机动性高：本专利技术采用的铝和铝合金具有较低密度和良好的力 学性能，圆柱状或半圆柱状陶瓷具有优异的防弹性能，同时相比于普通陶瓷材料，本专利技术制 备的复合陶瓷材料柔性好，用于防弹板制作时，不会显著提高陶瓷防弹板的面密度，在维持 高抗子弹打击性能的同时也能够保证防弹板的机动性要求； 3)本专利技术所提供的铝-碳化硅复合陶瓷材料的制备工艺简单、效率高、成本低，容 易进行工业放大。【附图说明】图1为本专利技术的紧密排列的碳化硅陶瓷的结构示意图； 图2为本专利技术的碳化硅陶瓷的剖视结构示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于 下述的实施例。 实施例1 一种铝-碳化硅复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将90g纯度为99%、粒度为20~60 ym的金属钛粉，与210g纯度为99. 5%、 粒度为40~100 ym的Ti02粉末混合均勾，放入石墨材质的容器中，再将8个圆柱状的无 压烧结碳化硅和2个半圆柱状无压烧结碳化硅分散埋入混合粉末中，每个碳化硅的外形尺 寸为柱状型、主体尺寸为①日皿乂 12_，圆柱一端为平面、另一端为直径25_、高度为2mm的 球冠，其结构如图2所示； (2)将上述混合物一起放入真空炉中，保持真空度达到2X10 3Pa或以上，升温至 1000°C保温2h，随炉冷却后，取出并清理陶瓷颗粒表面，得到已经在表面沉积了一层金属钛 的碳化硅陶瓷颗粒； (3)将上述10个碳化硅陶瓷块体竖排紧密贴合在一起，放入一个可拆卸的、内腔 尺寸为24mmX21. 9mmX 12mm的钢制容器内，如图1所示；将钢制容器与碳化硅陶瓷一起在 马弗炉中加热到250°C，保温5min，而后立即放入到特制的压铸机中； (4)将包含质量含量分别为10%的Si、0. 2%的Mg、其余为铝的的铝合金熔体浇注 到上述碳化硅陶瓷阵列中，浇注压力为lOMPa，浇注温度为720°C; (5)脱模并拆除钢制容器外壳，清理碳化硅陶瓷表面多余的铝合金材料，得到 铝-碳化硅复合陶瓷材料。 实施例2 一种铝-碳化硅复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将120g纯度为99%、粒度为20~60ym的金属钛粉，与180g、纯度为99. 5%、 粒度为40~100ym的Ti02粉末混合均勾，放入石墨材质的容器中；再将8个圆柱状的反 应烧结碳化硅和2个半圆柱状反应烧结碳化硅分散埋入混合粉末中，每个碳化硅的外形尺 寸为柱状型、主体尺寸为①12mmX10mm，圆柱一端为平面、另一端为直径28mm、高度为3mm 的球冠； (2)将上述混合物一起放入真空炉中，保持真空度达到2X10 3Pa或以上，升温至 1100°C保温lh，随炉冷却后，取出并清理陶瓷颗粒表面，得到已经在表面沉积了一层金属钛 的碳化硅陶瓷颗粒； (3)将上述10个碳化硅陶瓷块体竖排紧密贴合在一起，放入一个可拆卸的、内腔 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝‑碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，包括多个紧密排列的碳化硅陶瓷，该碳化硅陶瓷表面涂镀有金属钛层，多个碳化硅陶瓷之间浇注有铝基材料并结合成整体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚云，林文松，闫学增，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31