一种防弹陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种防弹陶瓷及其制备方法，防弹陶瓷包括以下质量百分比的原料：TiB2粉体：13

【技术实现步骤摘要】
一种防弹陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及防弹陶瓷
，具体涉及一种防弹陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代化科技的飞速发展，航空航天、军工、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。相比传统金属材料，陶瓷材料具有低密度、高硬度以及在许多环境下的化学惰性，在装甲防护方面十分具有吸引力，已经广泛应用于防弹衣、车辆和飞机等装备的防护装甲中。
[0003]防弹陶瓷虽然具有较高的硬度、熔点，但是其塑性较差，受击后容易发生破碎，具有显著的脆性，并且断裂韧性以及冲击韧性不足，因而防护效果有限，所以防弹陶瓷的强韧化一直是研究重点。现有的防弹陶瓷强韧方法包括多元陶瓷体系复合、添加合金粉末、层状结构设计等。
[0004]然而上述增韧方式对防弹陶瓷力学性能的改善仍然是有限的，因此，需要进一步提升防弹陶瓷的力学性能。

技术实现思路

[0005]（一）要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供一种防弹陶瓷及其制备方法，以进一步提升防弹陶瓷的力学性能。
[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防弹陶瓷，包括以下质量百分比的原料：TiB2粉体：13
‑
19wt%，SiC粉体：11
‑
20wt%，B4C粉体：60
‑
70wt%，石墨烯粉体：0.5
‑
2wt%，分散剂：0.5
‑
2wt%，粘结剂：1r/>‑
2wt%；所述TiB2粉体、所述SiC粉体以及所述石墨烯粉体为纳米级粉体。
[0007]如上所述的防弹陶瓷，优选地，所述TiB2粉体的粒径为20
‑
80nm，所述SiC粉体的粒径为20
‑
80nm，所述石墨烯粉体的粒径为20
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80nm，所述B4C粉体的粒径为0.1
‑
0.5μm。
[0008]如上所述的防弹陶瓷，优选地，所述分散剂为聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
[0009]第二方面，本专利技术还提供一种上述的防弹陶瓷的制备方法，包括如下步骤：S1：配制含有TiB2粉体、SiC粉体、B4C粉体、石墨烯粉体、分散剂、粘结剂以及水的陶瓷浆料；陶瓷浆料中，TiB2粉体占陶瓷浆料干重的13
‑
19wt%，SiC粉体占陶瓷浆料干重的11
‑
20wt%，B4C粉体占陶瓷浆料干重的60
‑
70wt%，石墨烯粉体占陶瓷浆料干重的0.5
‑
2wt%，分散剂占陶瓷浆料干重的0.5
‑
2wt%，粘结剂占陶瓷浆料干重的1
‑
2wt%；S2：对陶瓷浆料进行真空干燥处理，得到干燥粉体；S3：将干燥粉体压制成型，得到陶瓷素坯；
S4：对陶瓷素坯进行预烧结，得到预烧结陶瓷；S5：对预烧结陶瓷进行热压烧结，得到防弹陶瓷。
[0010]如上所述的防弹陶瓷的制备方法，优选地，步骤S1包括：S11：将石墨烯粉体以及分散剂加入去离子水中，超声分散处理0.5
‑
1h，得到石墨烯粉体分散液；S12：将TiB2粉体、SiC粉体加入去离子水中，将B4C粉体加入去离子水中，分别超声分散处理10
‑
20min，得到TiB2‑
SiC悬浮液以及B4C悬浮液，然后将TiB2‑
SiC悬浮液加入石墨烯粉体分散液中，加入粘结剂，超声分散处理10
‑
20min，再继续加入B4C悬浮液，超声分散处理10
‑
20min，得到陶瓷浆料。
[0011]如上所述的防弹陶瓷的制备方法，优选地，步骤S2中，将陶瓷浆料置于真空干燥机中，在60
‑
70℃下干燥处理3
‑
5h，然后进行机械破碎，过200
‑
300目筛，得到干燥粉体。
[0012]如上所述的防弹陶瓷的制备方法，优选地，步骤S3中，干燥粉体的压制压力为15
‑
20MPa，压制时间为20
‑
30min。
[0013]如上所述的防弹陶瓷的制备方法，优选地，步骤S4中，向陶瓷素坯施加15
‑
20MPa的压力，以5
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10℃/min的升温速度升温至800
‑
950℃，保温0.5
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1.5h，再以15
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20℃/min的升温速度升温至1800
‑
2000℃，保温2
‑
3h，然后随炉冷却至700
‑
800℃。
[0014]如上所述的防弹陶瓷的制备方法，优选地，步骤S5中，向预烧结陶瓷施加50
‑
100MPa的压力，以20
‑
25℃/min的升温速度升温至2100
‑
2200℃，保温3
‑
4h，然后随炉冷却至室温，得到防弹陶瓷。
[0015]如上所述的防弹陶瓷的制备方法，优选地，步骤S4中，在氩气气氛中进行预烧结；步骤S5中，在真空度为1
‑
5Pa的真空环境或氩气气氛中进行热压烧结。
[0016]（三）有益效果本专利技术通过纳米级的TiB2、SiC以及石墨烯对B4C陶瓷进行改性，纳米级的TiB2和SiC晶粒细小，均匀地分布在B4C基体中，能够抑制B4C晶粒长大，进而增加陶瓷的硬度。TiB2晶粒在裂纹发生过程中能够起到偏转和桥接作用，SiC颗粒在裂纹发生过程中能够起到偏转作用，能够有效缩减裂纹扩展过程中所释放的能量，遏制裂纹的扩展，实现B4C陶瓷的增韧。
[0017]纳米级的石墨烯具有巨大的表面积，能够包裹在TiB2、SiC的外侧，使TiB2、SiC均匀分散。另外，本专利技术中的石墨烯还具有增韧作用，具体地，在较低的撞击下，石墨烯能够通过其本身具有的弹性以及较好的强度提高陶瓷韧性，而在较高的撞击下，石墨烯中的碳碳化学键会发生断裂，以此实现防弹陶瓷增韧。
[0018]本专利技术的防弹陶瓷克服了传统防弹陶瓷的脆性，具有良好的断裂韧性和冲击韧性，提高了力学性能，同时具有高强度和高硬度。本专利技术的防弹陶瓷能够显著改善防弹装甲的防护效果，延长使用寿命，有望替代目前广泛应用的碳化硅、氧化铝等陶瓷防弹装甲，具有可观的应用前景。
具体实施方式
[0019]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本专利技术作详细描述。
[0020]本专利技术提供一种防弹陶瓷，包括以下质量百分比的原料：TiB2粉体：13
‑
19wt%，SiC粉体：11
‑
20wt%，B4C粉体：60
‑
70wt%，石墨烯粉体：0.5
‑
2wt%，分散剂：0.5
‑
2wt%，粘结剂：1
‑
2wt%。具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防弹陶瓷，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：TiB2粉体：13
‑
19wt%，SiC粉体：11
‑
20wt%，B4C粉体：60
‑
70wt%，石墨烯粉体：0.5
‑
2wt%，分散剂：0.5
‑
2wt%，粘结剂：1
‑
2wt%；所述TiB2粉体、所述SiC粉体以及所述石墨烯粉体为纳米级粉体。2.根据权利要求1所述的防弹陶瓷，其特征在于，所述TiB2粉体的粒径为20
‑
80nm，所述SiC粉体的粒径为20
‑
80nm，所述石墨烯粉体的粒径为20
‑
80nm，所述B4C粉体的粒径为0.1
‑
0.5μm。3.根据权利要求1所述的防弹陶瓷，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或几种。4.一种基于权利要求1
‑
3任一项所述的防弹陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：配制含有TiB2粉体、SiC粉体、B4C粉体、石墨烯粉体、分散剂、粘结剂以及水的陶瓷浆料；陶瓷浆料中，TiB2粉体占陶瓷浆料干重的13
‑
19wt%，SiC粉体占陶瓷浆料干重的11
‑
20wt%，B4C粉体占陶瓷浆料干重的60
‑
70wt%，石墨烯粉体占陶瓷浆料干重的0.5
‑
2wt%，分散剂占陶瓷浆料干重的0.5
‑
2wt%，粘结剂占陶瓷浆料干重的1
‑
2wt%；S2：对陶瓷浆料进行真空干燥处理，得到干燥粉体；S3：将干燥粉体压制成型，得到陶瓷素坯；S4：对陶瓷素坯进行预烧结，得到预烧结陶瓷；S5：对预烧结陶瓷进行热压烧结，得到防弹陶瓷。5.根据权利要求4所述的防弹陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：S11：将石墨烯粉体以及分散剂加入去离子水中，超声分散处理0.5
‑
1h，得到石墨烯粉体分散液；S12：将TiB2粉体、SiC...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤勇，周小辉，
申请(专利权)人：潍坊衡瑞硼业新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：