一种防弹陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料生产技术领域，具体为一种防弹陶瓷材料及其制备方法；所述防弹陶瓷材料由以下重量百分数的原料组成：18～23％硅粉、10～15％的酚醛树脂粉末、15～20％纤维增强体、6～10％碳化硅微粉、1.3～1.8％氧化硼微粉、1.5～2.0％氮化硼微粉、余量为碳化硼微粉；本发明专利技术中氧化石墨烯的存在不仅能有效地改善纤维增强体与陶瓷基体之间的界面结合力，保证了陶瓷基体与纤维增强体之间载荷的有效传递；还能有效地提高防弹陶瓷材料的“吸能”作用，其与氮化硼、碳化硼等原料相互协同，显著地改善了所制备的防弹陶瓷材料的力学性能；由于纳米二氧化钛微球于耐磨填充剂均为球状结构，使得所制备的防弹陶瓷的、韧性及耐磨性能也得到了大幅度地提升。大幅度地提升。

【技术实现步骤摘要】
一种防弹陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料生产
，具体为一种防弹陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷即陶器和瓷器的总称，凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料，经过配料、成型、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物都可以叫陶瓷。
[0003]由于陶瓷材料相对于传统金属材料具有低密度、高硬度、高强度、高弹性模量以及抗热震，防辐射等性能，使其在防弹装甲领域脱颖而出，被广泛应用在武装战甲、航空战舰、装甲战车系统及军工、民用特种车辆等。
[0004]而防弹陶瓷通过将原粉料进行成形烧结制成具备防弹能力的陶瓷块，结合其它辅助材料制备成防弹装备。不锈钢材料在抵抗弹头冲击时，会产生朔性变形，而陶瓷几乎不产生塑性变形，陶瓷防弹板依靠其自身高强高硬等特性使弹头钝化甚至破碎。
[0005]目前，通过现有工艺制备的防弹陶瓷虽然具有一定的防弹性能，但是其韧性相对较差，需要进一步地提高或改善。再者，其本身的耐磨性能也相对不足，这使得其使用寿命相应缩短。基于此，本专利技术提供一种防弹陶瓷材料及其制备方法，以解决此技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种防弹陶瓷材料及其制备方法，本专利技术所制备的防弹陶瓷材料不仅具有较好的韧性及耐磨性能，有效地保证了防弹陶瓷材料的力学性能及品质。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种防弹陶瓷材料，所述防弹陶瓷材料由以下重量百分数的原料组成：18～23％硅粉、10～15％的酚醛树脂粉末、15～20％纤维增强体、6～10％碳化硅微粉、1.3～1.8％氧化硼微粉、1.5～2.0％氮化硼微粉、余量为碳化硼微粉。
[0009]更进一步地，所述纤维增强体的制备方法包括以下步骤：
[0010]Ⅰ、按0.008～0.02g/mL的固液比，将氧化石墨烯投入浓度为60～75％的混合液中，超声分散20～30min后向其中补加质量为氧化石墨烯20～40％、浓度为5～10wt％的硅烷偶联剂的乙醇溶液，并在40～50℃的温度下保温反应5～8h；
[0011]Ⅱ、待反应完毕后，将预处理后的碳纤维按0.08～0.15g/mL的固液比浸渍在所得生成物组分中，并于40～55℃的条件下浸渍处理60～90min，而后将之捞出并对其进行烘干处理，所得初步改性碳纤维保存、备用；
[0012]Ⅲ、将初步改性碳纤维束紧固在石墨框架上，并将之浸渍于40～60℃、浓度为45～55wt％的聚碳硅烷
‑
二甲苯溶液中70～90min，然后在170～185℃的条件下固化处理120～200min，最后在1100～1250℃的温度下裂解50～80min，最终制得纤维增强体成品。
[0013]更进一步地，所述混合液的制备方法为：向浓度为60～80％的乙醇水溶液中分别加入质量为其2.8～4.2％的表面活性剂、8～15％粒径为10～20nm的纳米二氧化钛微球及15～20％耐磨填充剂，经超声分散20～30min后，即得混合液成品。
[0014]更进一步地，所述硅烷偶联剂选用N
‑
β(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
[0015]更进一步地，所述步骤Ⅱ中碳纤维的预处理工艺为：
[0016]按0.03～0.08g/mL的用量比将碳纤维浸渍在丙酮中，加热回流处理15～25h，待处理完毕后，将碳纤维捞出并对其进行烘干处理；干燥后的碳纤维按0.06～0.1g/mL的用量比浸泡在40～80℃浓硝酸中2～4h；待浸泡完毕后将碳纤维滤出，并用去离子水将碳纤维洗涤至中性，最后将之于65～80℃的温度下干燥处理8～13h，干燥完毕后，即完成了碳纤维的预处理。
[0017]更进一步地，所述表面活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷、烷基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。
[0018]更进一步地，所述耐磨填充剂的制备方法包括以下步骤：
[0019]ⅰ
、按0.15～0.2g/mL的用量比向适量的环己烷中加入烷基酚聚氧乙烯醚，将其温度升至40～80℃，并在此温度下以400～600r/min的速率磁力搅拌50～80min，所得即为分散乳液；
[0020]ⅱ
、依次向所得分散乳液中加入体积为环己烷4～8％的丙醇、1.5～3.0％的二乙胺及1.8～3.5％的丙酸，混合搅拌均匀后再向其中补加质量为二乙胺6～10％的Amberlyst
‑
15强酸性树脂，混合搅拌均匀后再向所得混合液中补加体积为0.1～0.3倍的叔丁醇锆，机械搅拌均匀后将之置于40～55℃的温度下保温搅拌反应6～10h；
[0021]ⅲ
、待反应完毕后，将所得生成物的温度自然冷却至室温，并用20～30％的乙醇水溶液对其进行洗脱沉淀，后经离心分离得到固体物料；所得固体滤料再用浓度为20～30％的乙醇水溶液于7000～9000r/min的离心速率下进行离心分离处理20～40min，如此重复洗脱2～3次；所得固体物料先在70～85℃的温度下干燥处理2～3h，而后在400～500℃的温度下通入空气焙烧8～10h；待焙烧完毕后，将之自然冷却至室温，所得固体物料即为填充助剂成品。
[0022]更进一步地，所述碳纤维的直径为7～12μm，长径比为8～15：1。
[0023]更进一步地，所述硅粉的粒径为5～10μm；氧化硼微粉的粒径为12～25μm；氮化硼微粉的粒径为40～70μm；碳化硼微粉的粒径为25～40μm；碳化硅微粉的粒径为10～20μm。
[0024]一种防弹陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]步骤一、准确称取制备防弹陶瓷材料所需的各原料组分，并将之混合制成混合粉料；所得混合粉料转入球磨机中，并在氩气氛的环境下对球磨处理12～16h；待球磨完毕后对混合粉料进行干燥处理；所得混合物料保存、备用；
[0026]步骤二、将所得混合物料转入预先制备好的石墨模具中，并于6～10MPa的压力下预紧处理15～25s，使混合物料冷压成型，制成所需形状的防弹陶瓷材料坯材；其中，冷压成型时的压力为27～32MPa，保压时间为10～18min；
[0027]步骤三、将烧结炉内抽至真空度为1.0～1.3*10
‑2Pa，并将所得防弹陶瓷材料坯材连带模具置于烧结炉内，于1500～1600℃的温度下对其进行真空热压烧结20～30min；其中，烧结过程中压力保持为50～60MPa，保压时间为40～60min；
[0028]步骤四、将烧结处理后所得的防弹陶瓷材料自然冷却至室温，然后对其表面进行清理，最终所得即为防弹陶瓷材料成品。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]1、本专利技术对碳纤维进行预处理的过程中，依靠浓硝酸对碳纤维进行氧化处理，使其表面被氧化及粗糙化，从而为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防弹陶瓷材料，其特征在于，所述防弹陶瓷材料由以下重量百分数的原料组成：18～23％硅粉、10～15％的酚醛树脂粉末、15～20％纤维增强体、6～10％碳化硅微粉、1.3～1.8％氧化硼微粉、1.5～2.0％氮化硼微粉、余量为碳化硼微粉。2.根据权利要求1所述的一种防弹陶瓷材料，其特征在于，所述纤维增强体的制备方法包括以下步骤：Ⅰ、按0.008～0.02g/mL的固液比，将氧化石墨烯投入浓度为60～75％的混合液中，超声分散20～30min后向其中补加质量为氧化石墨烯20～40％、浓度为5～10wt％的硅烷偶联剂的乙醇溶液，并在40～50℃的温度下保温反应5～8h；Ⅱ、待反应完毕后，将预处理后的碳纤维按0.08～0.15g/mL的固液比浸渍在所得生成物组分中，并于40～55℃的条件下浸渍处理60～90min，而后将之捞出并对其进行烘干处理，所得初步改性碳纤维保存、备用；Ⅲ、将初步改性碳纤维束紧固在石墨框架上，并将之浸渍于40～60℃、浓度为45～55wt％的聚碳硅烷
‑
二甲苯溶液中70～90min，然后在170～185℃的条件下固化处理120～200min，最后在1100～1250℃的温度下裂解50～80min，最终制得纤维增强体成品。3.根据权利要求2所述的一种防弹陶瓷材料，其特征在于，所述混合液的制备方法为：向浓度为60～80％的乙醇水溶液中分别加入质量为其2.8～4.2％的表面活性剂、8～15％粒径为10～20nm的纳米二氧化钛微球及15～20％耐磨填充剂，经超声分散20～30min后，即得混合液成品。4.根据权利要求2所述的一种防弹陶瓷材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂选用N
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β(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。5.根据权利要求2所述的一种防弹陶瓷材料，其特征在于，所述步骤Ⅱ中碳纤维的预处理工艺为：按0.03～0.08g/mL的用量比将碳纤维浸渍在丙酮中，加热回流处理15～25h，待处理完毕后，将碳纤维捞出并对其进行烘干处理；干燥后的碳纤维按0.06～0.1g/mL的用量比浸泡在40～80℃浓硝酸中2～4h；待浸泡完毕后将碳纤维滤出，并用去离子水将碳纤维洗涤至中性，最后将之于65～80℃的温度下干燥处理8～13h，干燥完毕后，即完成了碳纤维的预处理。6.根据权利要求3所述的一种防弹陶瓷材料，其特征在于，所述表面活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷、烷基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。7.根据权利要求3所述的一种防弹陶瓷材料，其特征在于，所述耐磨填充剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敏，王宁宁，章益兵，
申请(专利权)人：铜陵优必胜新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：