一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及防弹材料技术领域，尤其涉及一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法，本发明专利技术的防弹陶瓷材料为陶瓷坯体通过真空渗硅制得；陶瓷坯体的原料包括陶瓷主料、增强剂和粘结剂；陶瓷主料包括三种不同粒径的碳化硼颗粒，一级碳化硼颗粒的粒径为20μm~25μm，二级碳化硼颗粒的粒径为1μm~5μm，三级碳化硼颗粒的粒径为50nm~500nm；并且，增强剂为经过偶联剂改性的碳纳米管、二氧化钛、氧化铝等。本发明专利技术通过选取不同颗粒级的碳化硼颗粒，并采用真空渗硅反应烧结法制备碳化硼防弹陶瓷材料，烧结温度低，制备工艺简单、成本低，同时提高了碳化硼防弹陶瓷材料的力学性能。弹陶瓷材料的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及防弹材料
，尤其涉及一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代化科技和国民经济的飞速发展，航空航天、军工、核工业、机械制造等领域也随之不断发展，对各种材料的性能需求也不断提高。陶瓷材料相对于传统的金属材料，因其具备低密度、高硬度、高强度、抗热抗震等优势而在防弹装甲领域脱颖而出，被广泛应用于军工或民用特种车辆中。这其中，碳化硼(B4C)作为一种重要的结构陶瓷，因其低密度、超高硬度、高温耐磨性、高熔点、耐化学腐蚀和优良的中子吸收性能，因而其作为防弹材料的应用最为广泛，是一种十分重要的结构陶瓷材料。
[0003]目前，碳化硼陶瓷材料主要通过粉末冶金方法制备，常用的烧结方法包括热压烧结法、无压烧结法、热等静压烧结法、放电等离子烧结法以及反应烧结法等等。多种烧结方法各有利弊，热压烧结温度高、必须加入烧结助剂，因而能耗高、成本高；无压烧结所需温度极高；热等静压烧结设备费用高且烧结尺寸受限；放电等离子烧结设备昂贵，工艺复杂，成本高，不适于工业化。 近年来，反应烧结法逐渐受到领域内广泛关注和研究。反应烧结法一般指真空熔渗法，在一定温度下借助毛细管作用，将熔融的硅或金属等渗入到坯体内部，填充反应后坯体中的空隙，形成致密的坯体。反应烧结法优势显著，例如烧结温度低、耗时短，成本低，工艺简单等。
[0004]然而，反应烧结法也存在一些不足之处，单质硅力学性能较差，因而单质硅的存在，在一定程度上降低了陶瓷材料的力学性能，因此，如何改善反应烧结方法，以提高陶瓷材料的力学性能仍然为领域中的研究热点。

技术实现思路

[0005]（一）要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法，其通过选取不同颗粒级的碳化硼颗粒制备陶瓷坯体，并采用真空渗硅反应烧结法制备碳化硼防弹陶瓷材料，烧结温度低，制备工艺简单、成本低，同时提高了碳化硼防弹陶瓷材料的力学性能。
[0006]（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种碳化硼防弹陶瓷材料，本专利技术的防弹陶瓷材料为陶瓷坯体通过真空渗硅制得；陶瓷坯体的原料包括陶瓷主料、增强剂和粘结剂；其中，陶瓷主料包括一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒，一级碳化硼颗粒的粒径为20μm~25μm，二级碳化硼颗粒的粒径为1μm~5μm，三级碳化硼颗粒的粒径
为50nm~500nm；并且，增强剂采用偶联剂进行改性；增强剂为碳纳米管、二氧化钛、二硼化钛、碳化钛、氧化铝中的一种或几种的组合。
[0007]较为优选地，一级碳化硼颗粒的粒径为25μm，二级碳化硼颗粒的粒径为3μm，三级碳化硼颗粒的粒径为300nm。
[0008]较为优选地，粘结剂为酚醛树脂。
[0009]较为优选地，一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒的质量比为7~10：3~6：3~6。
[0010]较为优选地，一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒的质量比为8：4：5。
[0011]较为优选地，增强剂占陶瓷坯体的质量分数为0.5%~2%。
[0012]更为优选地，增强剂为陶瓷坯体总质量0.5%的碳纳米管和1.5%的二氧化钛。
[0013]较为优选地，偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种碳化硼防弹陶瓷材料的制备方法，主要包括以下步骤：S1、按配比取一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒，分别溶于一定量去离子水中再进行超声分散，向分散后的三级碳化硼颗粒分散液中依次加入二级碳化硼颗粒分散液和一级碳化硼颗粒分散液，不断搅拌，搅拌均匀后得到陶瓷主料；S2、将一定量的增强剂、偶联剂溶于乙醇水溶液中，进行改性，然后将改性后的增强剂加入到陶瓷主料中，同时加入粘结剂，持续搅拌形成混合物料后，经烘干、研磨、过筛形成待模压物料；S3、将上述待模压物料压制成型，经烘干后得到陶瓷坯体；S4、取硅块置于上述陶瓷坯体上，在真空炉中进行真空渗硅反应烧结，得到碳化硼防弹陶瓷材料。
[0015]较为优选地，步骤S1中，一级碳化硼颗粒的粒径为20μm~25μm，二级碳化硼颗粒的粒径为1μm~5μm，三级碳化硼颗粒的粒径为50nm~500nm。
[0016]较为优选地，增强剂为碳纳米管、二氧化钛、二硼化钛、碳化钛、氧化铝中的一种或几种的组合。
[0017]较为优选地，一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒的质量比为7~10：3~6：3~6。
[0018]较为优选地，三级碳化硼颗粒超声分散30~40min，二级碳化硼颗粒超声分散20~30min，一级碳化硼颗粒超声分散5~15min。
[0019]较为优选地，步骤S2中，烘干温度50
‑
55℃，烘干时间10
‑
12小时。
[0020]较为优选地，步骤S3中采用单向模压成型，压力为150MPa~200MPa，保压时间10s~15s。
[0021]较为优选地，步骤S4真空渗硅反应烧结过程中，以5~10℃/min的升温速度，升温至1450℃~1600℃，保温20~50min。
[0022]（三）有益效果本专利技术的一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法通过选取三种粒径的碳化硼颗粒，合理搭配，制备陶瓷主料。在模压成型时，一级碳化硼颗粒和二级碳化硼颗粒为不同尺
寸的微米级碳化硼颗粒，两者主要作为坯体的骨架；三级碳化硼颗粒为纳米碳化硼颗粒，一方面小颗粒可以填充大颗粒骨架间的孔隙，使陶瓷坯体紧密堆积，有助于形成更为密实的坯体，另一方面，纳米级的碳化硼颗粒可以弥散至大粒径的晶粒之间以及晶粒内部，通过抑制晶粒的异常长大，从而形成更加均一的晶粒，提高陶瓷材料的力学性能。
[0023]此外，本专利技术的碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法除陶瓷主料外，还添加了增强剂，增强剂选自碳纳米管、二氧化钛、二硼化钛、碳化钛、氧化铝中的一种或几种。碳纳米管、二氧化钛等增强剂的添加可以有效地提高陶瓷材料的断裂韧性。同时，本专利技术中的增强剂采用偶联剂进行改性，改性后的增强剂不仅可以实现更加均匀地分散，并且更易于与陶瓷主料结合。进一步的，真空渗硅过程中，碳纳米管的加入能够促进硅的渗入，从而使陶瓷材料更加致密，进而提高陶瓷材料的硬度。
[0024]进一步的，本专利技术采用酚醛树脂做为粘结剂，一方面酚醛树脂可以使陶瓷主料和增强剂很好的结合在一起，另一方面，酚醛树脂还可以为真空渗硅的过程提供碳源，由于其具有较好的流动性，因而能更充分的渗入到坯体中，并且碳源分布得更加均匀，从而碳源能够更加充分的与硅反应，减少了最终陶瓷材料中残余碳，且形成的产物碳化硅在陶瓷材料中的分布更加均匀，进而提高了陶瓷材料的力学性能。
[0025]综上，本专利技术的一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法通过选取不同颗粒级的碳化硼颗粒作为陶瓷主料，制备陶瓷坯体，使陶瓷坯体更加致密；并且陶瓷坯体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硼防弹陶瓷材料，其特征在于，所述防弹陶瓷材料为陶瓷坯体通过真空渗硅制得；所述陶瓷坯体的原料包括陶瓷主料、增强剂和粘结剂；其中，所述陶瓷主料包括一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒，所述一级碳化硼颗粒的粒径为20μm~25μm，所述二级碳化硼颗粒的粒径为1μm~5μm，所述三级碳化硼颗粒的粒径为50nm~500nm；所述增强剂采用偶联剂进行改性；所述增强剂为碳纳米管、二氧化钛、二硼化钛、碳化钛、氧化铝中的一种或几种的组合。2.根据权利要求1所述的碳化硼防弹陶瓷材料，其特征在于，所述粘结剂为酚醛树脂。3.根据权利要求1所述的碳化硼防弹陶瓷材料，其特征在于，所述一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒的质量比为7~10：3~6：3~6。4.根据权利要求1所述的碳化硼防弹陶瓷材料，其特征在于，所述增强剂占所述陶瓷坯体的质量分数为0.5%~2%。5.一种碳化硼防弹陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、按配比取一级碳化硼颗粒、二级碳化硼颗粒和三级碳化硼颗粒，分别溶于一定量去离子水中，再进行超声分散，向分散后的三级碳化硼颗粒分散液中依次加入二级碳化硼颗粒分散液和一级碳化硼颗粒分散液，不断搅拌，搅拌均匀后得到陶瓷主料；所述一级碳化硼颗粒的粒径为20μm~25μm，所述二级碳化硼颗粒的粒径为1μm~5μm，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海岩，周小辉，
申请(专利权)人：潍坊衡益复合装甲研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：