[发明专利]一种抗高能冲击的金属/陶瓷多层复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学，具体涉及一种抗高能冲击的金属/陶瓷多层复合材料的制备方法。

背景技术

随着弹头速度的极大提高，可产生高的动能冲击；而且弹头中加入可燃成分，会产生燃烧高温，使弹头在碰撞时产生高的瞬时动能冲击(>300GPa)和极高的表面温度(2x10⁴K)，战场人员、车辆、飞机和设备的安全保障面临极大的挑战。高能冲击时，由于摩擦和弹头组分燃烧引起的表面高温使金属难以抵抗高能冲击。陶瓷材料虽然耐高温，但陶瓷脆性使其受冲击即碎，难以抵抗二次冲击。因此，单一金属或者陶瓷材料难以抵抗高能和二次冲击，必须发展新型防护材料，要求材料满足耐高温、高强度、高韧性和高硬度的性能，且要具有抗二次冲击的能力。

在公开/告号为CN2747537Y的中国专利中公开了一种使用金属/陶瓷层状复合材料作为防护板的新型防弹衣，该方法使用防护板为将铝、铁等金属层与陶瓷层在600℃～900℃下通过活性铸接工艺或火星金属钎焊工艺制备金属/陶瓷层状复合材料，仅能防护低温冲击，且无抗二次冲击能力。

陶瓷材料具有高硬度、高强度、高耐压强度和耐高温的性能，金属具有高韧性和高塑性的性能，金属/陶瓷层状复合材料结合了金属和陶瓷的优异性能，能够具有高硬度、高强度、高韧性和高耐压强度等性能，能够满足抗二次冲击的要求。但当前层状金属/陶瓷复合材料多使用熔点低的铝、铝合金及钢等金属及合金，在高能冲击过程中易熔而使材料整体失效；同时金属和陶瓷界面强度低，在冲击过程中陶瓷易碎而脱落，缺乏抗二次冲击的能力。本发明鉴于这种情况，引入难熔金属（Ti，Zr等），发明了一种抗高能和二次冲击的金属/陶瓷多层复合材料的制备方法，使材料结构可设计，界面强度可控制，最重要的是复合材料具有抗高能冲击和二次冲击的能力。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种抗高能冲击的金属/陶瓷多层复合材料的制备方法，克服现有技术制备的材料耐高温能力低和无抗二次冲击能力等问题。

技术方案

一种抗高能冲击的金属/陶瓷多层复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1制备陶瓷预制体：

步骤a1：将质量分数为45%的陶瓷粉、3%的分散剂磷酸三乙酯、40%的溶剂加入球磨罐中，球磨24~48小时，再加入质量分数为5~10%的粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、质量分数为2~7%的增塑剂球磨24~48小时，得到陶瓷浆料；所述溶剂是体积比为1:1的异丙醇和甲苯；所述增塑剂是体积比为1:1的丙三醇和邻苯二甲酸二辛酯；

步骤a2：调整双刮刀流延机的前刮刀高度为0.2~0.8mm，后刮刀高度为0.4~1mm，再将步骤1制备的陶瓷浆料放入流延机的浆料槽中进行流延，传送带速度为0.2~1m/min，流延薄膜在室温干燥后脱模得到陶瓷薄膜坯体；

步骤a3：将陶瓷薄膜进行叠层并轧辊，孔隙率控制在20~40%，厚度为0.4mm~2mm，得到陶瓷预制体；

步骤2制备金属薄膜坯体：

步骤b1：将质量百分比是70%的金属粉、3%的分散剂磷酸三乙酯和15%的溶剂加入球磨罐中，球磨分散24~48小时；再加入质量分数为5~10%的粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、质量分数为2~7%的增塑剂球磨24~48小时，得到金属浆料；所述溶剂是体积比为1:1的异丙醇和甲苯；所述增塑剂是体积比为1:1的丙三醇和邻苯二甲酸二辛酯；

步骤b2：调整双刮刀流延机的前刮刀高度为0.2~0.8mm，后刮刀高度为0.4~1mm，再将步骤2制备的金属浆料放入流延机的浆料槽中进行流延，传送带速度为0.2~1m/min，流延薄膜在室温干燥后脱模得到金属薄膜坯体；

步骤3叠层预制体：将步骤1制备的陶瓷预制体和步骤2制备的金属薄膜交替叠层至需要厚度，进行冷等静压压制，压力为150~300MPa，保压1~5分钟，得到叠层预制体；

步骤4：将制备的叠层预制体装入石墨模具，置于高温真空炉中，以1~5℃/min的升温速率升温至500~900℃后保温0.5~2h；再随炉降温至室温；

步骤5：取出预制体并放入热压炉，对热压炉抽真空，当热压炉的气压低于3.0×10-3Pa时，以1~30℃/min的升温速率升温至1200℃，再以5~10℃/min的升温速率升温至烧结温度1800~2000℃，然后保温0.5～2h；升温时沿预制体的叠层方向向预制体施加10~30MPa的压力；