一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种仿生结构碳化硼陶瓷‑金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1)：配置粘接剂水溶液；步骤2)：先用所述粘接剂水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷金属粉末；步骤3)：测量涂敷的金属粉末层厚度，若达到预定涂敷厚度则进行步骤4)；若未达到预定涂敷厚度则跳转至步骤2)；步骤4)：将所述碳化硼陶瓷坯体按照拼接侧面相贴合的方式紧密排放在热压烧结模具中；步骤5)：将热压烧结模具放入热压烧结炉内，在真空条件下进行烧结；步骤6)：烧结完成后，自然冷却，取出样品，脱模得到仿生结构碳化硼陶瓷‑金属复合材料。本发明专利技术利用高温下陶瓷坯体和金属粉末间的界面扩散反应而一体成型。

Preparation of a bionic boron carbide ceramic metal composite

【技术实现步骤摘要】
一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法
本专利技术属于陶瓷-金属复合材料
，尤其涉及一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法。
技术介绍
在轻质复合装甲中，一般都采用高强度的陶瓷材料作为硬质面板。随着武器科技的发展，对复合装甲的防护性能的要求也越来越高，一些简单的拼接结构不再能够满足现在的防护需求。因此，对复合装甲的结构以及性能也提出了更高的要求。蜂窝结构是一种覆盖二维平面的最佳拓扑结构，有着优秀的力学性能。美国的B-2隐形轰炸机中的机体元件，就大量使用了这种蜂窝结构，增强了集体强度，且减轻了质量。并且在航天器中，也大量的使用了蜂窝结构。在以往的这种蜂窝结构设计中，一般研究者都是将烧结成型的陶瓷板，嵌入制备好的金属框架内，从而得到这种结构。这种方法存在着一种陶瓷片与金属边框的不完全密合的现象，导致这种结构很难有效的起到性能提升的作用。在专利申请文件“CN104588664A-一种金属封装陶瓷基体复合材料及其制作方法与应用”中，用到了金属封装的方法来构造这种结构，相对于简单嵌入而言确实提高结合的紧密型。但该专利中以陶瓷片作为原材料，烧结温度较低，仅为金属成型温度，这个过程是一个简单的物理粘接过程，这些均使得金属和陶瓷的结合存在障碍。
技术实现思路
针对上述技术问题，结合陶瓷坯体在致密化过程中会形成特定的有序界面，本专利技术提供了一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法，其利用高温下陶瓷坯体和金属粉末间的界面扩散反应的原位一体成型。本专利技术采用的技术方案为：一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)：配置粘接剂水溶液；步骤2)：先用所述粘接剂水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷金属粉末；步骤3)：测量涂敷的金属粉末层厚度，若达到预定涂敷厚度则进行步骤4)；若未达到预定涂敷厚度则跳转至步骤2)；步骤4)：将所述碳化硼陶瓷坯体按照拼接侧面相贴合的方式紧密排放在热压烧结模具中；步骤5)：将热压烧结模具放入热压烧结炉内，在真空条件下进行烧结；步骤6)：烧结完成后，自然冷却，取出样品，脱模得到仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料。进一步，所述粘接剂水溶液为质量百分比为1％～2％的羧甲基纤维素水溶液。进一步，所述金属粉末为，钛粉或镍粉或铬粉或钼粉或上述金属的合金粉末，其粒度不大于325目，金属粉末层的预定涂敷厚度为0.1mm～0.5mm。再进一步，金属粉末层的预定涂敷厚度为0.2mm～0.4mm。进一步，碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面上，所述金属粉末的涂敷次数不少于2次，且相邻两次涂敷采用不同的金属粉末。也即步骤2)至少进行2次，且先后涂敷不同的金属粉末，这样在烧结后可以在碳化硼陶瓷块间形成多层的金属梯度结构。再进一步，碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面上，先后进行涂敷的金属粉末分别为钛粉和镍粉，或钛粉和钼粉，或钛粉、镍粉和钼粉。多层的金属梯度结构可以为钛-镍(先后涂敷钛粉和镍粉)，或钛-钼(先后涂敷钛粉和钼粉)、或钛-镍-钼(先后涂敷钛粉、镍粉和钼粉)。再进一步，步骤5)中，烧结时，烧结温度为1800℃～1900℃，烧结压力为30MPa～60MPa，烧结时间为0.5h～1h。再再进一步，步骤5)中，烧结程序为：在室温时，加压至10～30MPa；开始升温，升温至1450℃后，保温30min；接着按10℃/min～30℃/min的升温速率升温至1800℃～1900℃；加压至30MPa～60MPa；烧结0.5h～1h。再再再进一步，步骤5)中，烧结程序为：在室温时，加压至10～30MPa；开始升温，升温至1450℃后，保温30min；接着按10℃/min～20℃/min的升温速率升温至1800℃～1900℃；加压至30MPa～60MPa；烧结0.5h～1h。再进一步，所述碳化硼陶瓷坯体为矩形或正六边形。本专利技术可获得的技术效果有：本专利技术以碳化硼陶瓷为基体，以钛或其合金及其与基体碳化硼的高强韧性反应产物作为粘接过渡相，得到一种原位烧结的高强韧性网状结构复合碳化硼单元模块的仿生结构碳化硼陶瓷基复合材料。不同于以往的利用已烧结好的碳化硼陶瓷与金属拼接装甲结构，本专利技术技术方案在高温下由于碳化硼陶瓷坯体与金属粘接相之间的扩散反应，会产生反应界面，如采用钛金属粉末时会产生TiB2-TiC-Ti的反应界面，消除了碳化硼陶瓷和金属间拼接的缝隙，让两者成为一个整体，同时高强韧性的粘接过渡相具有复杂的三维网状结构，也不同于传统的叠层陶瓷-金属结构,这种仿生结构能有效的提升碳化硼陶瓷复合材料的强韧性，而不影响其主要抗弹区域的高硬度、高模量特性，能有效地提高防护水平和可靠性，提升碳化硼陶瓷的抗多发打击性能，并且制备简单，可满足不同尺寸陶瓷面板的要求。附图说明图1是正方形碳化硼陶瓷坯体在热压烧结模具中的排放示意图；图2是正六边形碳化硼陶瓷坯体在热压烧结模具中的排放示意图。附图标记：1-碳化硼陶瓷坯体；2-金属粉末。具体实施方式实施例1步骤a)：配置质量百分比为1％的羧甲基纤维素水溶液；步骤b)：先用所述羧甲基纤维素水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷粒度为325目的钛粉，涂敷厚度0.2mm；步骤c)：将所述碳化硼陶瓷坯体按照拼接侧面相贴合的方式紧密排放在热压烧结模具中；步骤d)：将热压烧结模具放入热压烧结炉内，在真空条件下进行烧结，烧结程序为：在室温时，加压至10MPa；开始升温，升温至1450℃后，保温30min；接着按10℃/min的升温速率升温至1800℃；加压至30MPa；烧结0.5h；步骤e)：烧结完成后，自然冷却，取出样品，脱模得到仿生结构碳化硼陶瓷-钛复合材料。实施例2步骤a)：配置质量百分比为1％的羧甲基纤维素水溶液；步骤b)：先用所述羧甲基纤维素水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷粒度为325目的镍粉，涂敷厚度0.2mm；步骤c)：将所述碳化硼陶瓷坯体按照拼接侧面相贴合的方式紧密排放在热压烧结模具中；步骤d)：将热压烧结模具放入热压烧结炉内，在真空条件下进行烧结，烧结程序为：在室温时，加压至30MPa；开始升温，升温至1450℃后，保温30min；接着按20℃/min的升温速率升温至1800℃；加压至50MPa；烧结0.5h；步骤e)：烧结完成后，自然冷却，取出样品，脱模得到仿生结构碳化硼陶瓷-钛复合材料。实施例3步骤a)：配置质量百分比为2％的羧甲基纤维素水溶液；步骤b)：先用所述羧甲基纤维素水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷粒度为325目的钛粉，涂敷厚度0.2mm；将均匀涂敷钛粉后的拼接侧面用2％的羧甲基纤维素水溶液润湿，均匀涂敷上0.2mm厚的镍粉；步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1)：配置粘接剂水溶液；/n步骤2)：先用所述粘接剂水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷金属粉末；/n步骤3)：测量涂敷的金属粉末层厚度，若达到预定涂敷厚度则进行步骤4)；若未达到预定涂敷厚度则跳转至步骤2)；/n步骤4)：将所述碳化硼陶瓷坯体按照拼接侧面相贴合的方式紧密排放在热压烧结模具中；/n步骤5)：将热压烧结模具放入热压烧结炉内，在真空条件下进行烧结；/n步骤6)：烧结完成后，自然冷却，取出样品，脱模得到仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：配置粘接剂水溶液；
步骤2)：先用所述粘接剂水溶液均匀润湿碳化硼陶瓷坯体的拼接侧面，再在所述拼接侧面均匀涂敷金属粉末；
步骤3)：测量涂敷的金属粉末层厚度，若达到预定涂敷厚度则进行步骤4)；若未达到预定涂敷厚度则跳转至步骤2)；
步骤4)：将所述碳化硼陶瓷坯体按照拼接侧面相贴合的方式紧密排放在热压烧结模具中；
步骤5)：将热压烧结模具放入热压烧结炉内，在真空条件下进行烧结；
步骤6)：烧结完成后，自然冷却，取出样品，脱模得到仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘接剂水溶液为质量百分比为1％～2％的羧甲基纤维素水溶液。


3.根据权利要求1所述的一种仿生结构碳化硼陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉末为，钛粉或镍粉或铬粉或钼粉或上述金属的合金粉末，其粒度不大于325目，金属粉末层的预定涂敷厚度为0.1mm～0.5mm。


4.根据权利要求1所述的一种仿生结构碳化硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金咏，舒在勤，刘立胜，张帆，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42