一种碳化硼陶瓷的制备方法及其在防弹头盔中的应用技术

本发明专利技术提供了一种碳化硼陶瓷的制备方法及其在防弹头盔中的应用，所述碳化硼陶瓷的制备方法，包括制备混合料、制备改性混合料、制备浆料、造粒、密闭处理、制备坯体、烧结步骤；所述制备浆料步骤为，将改性混合料与胡麻胶、酚醛树脂、海藻酸钠、氧化锌、轻钙粉混合，加入去离子水，进行球磨处理，球磨结束后以0.8

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼陶瓷的制备方法及其在防弹头盔中的应用


[0001]本专利技术属于陶瓷制备
，具体涉及一种碳化硼陶瓷的制备方法及其在防弹头盔中的应用。

技术介绍

[0002]碳化硼陶瓷具有质轻、硬度高、耐高温等优良的性能，是防弹头盔的绝佳用材；但是，碳化硼陶瓷属于无机材料，分子之间只有共价键，所以性脆，导致其受到子弹高速撞击时容易崩解和碎裂；因此，提高碳化硼陶瓷的抗弯强度和断裂热性，从而增强防弹性能是非常必要的。
[0003]现有技术通常是通过加入二硼化钛等硼化物、碳化钛等碳化物等助剂的方法以解决上述问题，但是助剂与在碳化硼基体内很难形成完美的均匀分布，在助剂加入量较少时，抗弯强度和断裂韧性的提升性能有限，其防弹性能仍然较差；助剂加入量较多时，会明显提高防弹性能，但是会因为加入了较多的密度较大的助剂，使得产物的密度明显大于单相碳化硼的理论密度，不能满足防弹头盔质轻的需求；并且，现有技术制备的碳化硼陶瓷抗氧化性能较差，在高温氧化之后，陶瓷的抗弯强度和断裂韧性明显下降，不能满足使用要求。
[0004]因此，提供一种碳化硼陶瓷的制备方法及其在防弹头盔中的应用，在降低陶瓷密度的同时，提高防弹性能以及抗氧化性能是现有技术亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种碳化硼陶瓷的制备方法及其在防弹头盔中的应用，在降低陶瓷密度的同时，提高防弹性能和抗氧化性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：1.制备混合料将碳化硼粉、氧化铝、金属铝、单质硅、二氧化钛、石墨粉混合，进行第一次球磨处理，控制第一次球磨处理的球料比为6
‑
10:1，转速为660
‑
680rpm，球磨时间为2.3
‑
2.5h，球磨温度为65
‑
67℃，第一次球磨处理结束后得到初混料，然后向初混料中加入木鱼石粉、海藻酸钠进行第二次球磨处理，控制第二次球磨处理的球料比为10
‑
14:1，转速为730
‑
750rpm，球磨时间为2.0
‑
2.2h，球磨温度为50
‑
54℃，第二次球磨结束后得到混合料；所述碳化硼粉、氧化铝、金属铝、单质硅、二氧化钛与石墨粉的质量比为80
‑
85:4.8
‑
5.2:3.8
‑
4.2:2.6
‑
3.3:1.7
‑
2.4:3.9
‑
4.2；所述初混料与木鱼石粉、海藻酸钠的质量比为100
‑
120:1
‑
2.5:4
‑
6；所述金属铝的粒径为70
‑
80μm，所述单质硅的粒径为60
‑
65μm；所述碳化硼粉中B4C＞99wt%，碳化硼粉的粒径为12
‑
14μm；所述石墨粉的粒径为78
‑
82μm。
[0007]2.制备改性混合料
（1）初步改性将混合料进行超声
‑
低温等离子体处理，超声波的频率为56
‑
58kHz，声能密度为0.6
‑
0.8W/mL，超声时间为13
‑
18min，低温等离子体处理气氛为氮气和氧气的混合气体，氮气和氧气的体积比为1.5
‑
1.8:1，处理压力为58
‑
62Pa，放电功率为115
‑
125W，处理时间为7
‑
9min，超声
‑
低温等离子体处理结束后制得初步改性混合料；（2）深度改性将初步改性混合料与改性剂混合，然后置于均质机中进行两次均质处理，控制第一次均质时间为10
‑
14min，均质温度为38
‑
42℃，均质压力为28
‑
33MPa，第一次均质处理结束后第二次均质处理，控制第二次均质时间为7
‑
9min，均质温度为43
‑
47℃，均质压力为24
‑
26MPa，第二次均质结束后，干燥，完成深度改性步骤，制得改性混合料；所述改性剂的制备步骤为，将乙醇、棕榈酸、β
‑
二酮、季戊四醇、羧甲基纤维素钠、硬脂酸钙混合，控制搅拌速度为440
‑
460rpm，搅拌时间为9
‑
12min，搅拌结束后置于1.8
‑
2.3℃下静置1.3
‑
1.7h，静置结束，自然恢复至室温后制得改性剂；所述初步改性混合料与改性剂的质量比为1:4.5
‑
5.6；所述乙醇、棕榈酸、β
‑
二酮、季戊四醇、羧甲基纤维素钠、硬脂酸钙的质量比为38
‑
46:1.2
‑
1.5:1.5
‑
1.7:3.5
‑
4.6:2.7
‑
3.2:2.6
‑
3.4。
[0008]3.制备浆料将改性混合料与胡麻胶、酚醛树脂、海藻酸钠、氧化锌、轻钙粉混合，然后加入去离子水，进行球磨处理，控制球料比为5
‑
7:1，球磨转速为565
‑
600rpm，球磨温度为43
‑
47℃，球磨时间为1.2
‑
1.6h，球磨结束后以0.8
‑
1.2℃/min速率将温度降低至1.0
‑
1.5℃，置于1.0
‑
1.5℃下静置1.2
‑
1.4h，静置结束后自然恢复至室温，制得浆料；所述轻钙粉的粒径为12
‑
15μm；所述改性混合料、去离子水、胡麻胶、酚醛树脂、海藻酸钠、氧化锌与轻钙粉的质量比为36
‑
40:100
‑
120:1.2
‑
1.4:2.4
‑
2.6:2.7
‑
3.2:1.8
‑
2.1:1.0
‑
1.4。
[0009]4.造粒将浆料喷雾干燥进行造粒，控制喷雾干燥的进口温度为200
‑
220℃，出口温度为95
‑
105℃，控制造粒机的温度为135
‑
140℃，制得造粒粉。
[0010]5.密闭处理将造粒粉置于真空手套箱中，控制温度为78
‑
82℃，通入氩气，保持压力为0.08
‑
0.12MPa，处理时间为2.7
‑
3.2h，完成密闭处理。
[0011]6.制备坯体将密闭处理后的造粒料在128
‑
132℃、48
‑
52MPa条件下进行注射成型，注射完毕后，冷却得到素坯， 将素坯置于真空炉中进行脱脂，控制真空度为96本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硼陶瓷的制备方法，其特征在于，所述碳化硼陶瓷的制备方法，包括制备混合料、制备改性混合料、制备浆料、造粒、密闭处理、制备坯体、烧结步骤；所述制备混合料的步骤为，将碳化硼粉、氧化铝、金属铝、单质硅、二氧化钛、石墨粉混合，进行第一次球磨处理，控制球料比为6
‑
10:1，转速为660
‑
680rpm，球磨时间为2.3
‑
2.5h，球磨温度为65
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67℃，第一次球磨结束后得到初混料，然后向初混料中加入木鱼石粉、海藻酸钠进行第二次球磨处理，控制球料比为10
‑
14:1，转速为730
‑
750rpm，球磨时间为2.0
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2.2h，球磨温度为50
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54℃，第二次球磨结束后得到混合料；所述制备改性混合料，包括初步改性和深度改性；所述初步改性步骤为，将混合料进行超声
‑
低温等离子体处理，结束后制得初步改性混合料；所述深度改性步骤为，将初步改性混合料与改性剂混合，然后置于均质机中进行两次均质处理，控制第一次均质时间为10
‑
14min，均质温度为38
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42℃，均质压力为28
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33MPa，第一次均质处理结束后第二次均质处理，控制第二次均质时间为7
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9min，均质温度为43
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47℃，均质压力为24
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26MPa，第二次均质结束后，干燥，完成深度改性步骤，制得改性混合料；所述改性剂的制备步骤为，将乙醇、棕榈酸、β
‑
二酮、季戊四醇、羧甲基纤维素钠、硬脂酸钙混合，搅拌均匀后，置于1.8
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2.3℃下静置1.3
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1.7h，静置结束，自然恢复至室温后制得改性剂；所述制备浆料步骤为，将改性混合料与胡麻胶、酚醛树脂、海藻酸钠、氧化锌、轻钙粉混合，然后加入去离子水，进行球磨处理，球磨结束后以0.8
‑
1.2℃/min速率将温度降低至1.0
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1.5℃，置于1.0
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1.5℃下静置1.2
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1.4h，静置结束后自然恢复至室温，制得浆料；所述密闭处理步骤为，将造粒粉置于真空手套箱中，控制温度为78
‑
82℃，通入氩气，保持压力为0.08
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0.12MPa，处理时间为2.7
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3.2h，完成密闭处理。2.根据权利要求1所述的一种碳化硼陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备混合料步骤中，所述碳化硼粉、氧化铝、金属铝、单质硅、二氧化钛与石墨粉的质量比为80
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85:4.8
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5.2:3.8
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4.2:2.6
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3.3:1.7
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2.4:3.9
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4.2；所述初混料与木鱼石粉、海藻酸钠的质量比为100
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120:1
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2.5:4
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6；所述金属铝的粒径为70
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80μm，所述单质硅的粒径为60
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65μm；所述碳化硼粉中B4C＞99wt%，碳化硼粉的粒径为12
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14μm；所述石墨粉的粒径为78
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82μm。3.根据权利要求1所述的一种碳化硼陶瓷的制备方法，其特征在于，所述初步改性步骤中,所述超声
‑
低温等离子体处理, 超声波的频率为56
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58kHz，声能密度为0.6
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0.8W/mL，超声时间为13
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18min；处理气氛为氮气和氧气的混合气体，氮气和氧气的体积比为1.5
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1.8:1，处理压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东龙，于海庭，王汝江，于海培，
申请(专利权)人：山东金鸿新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：