[发明专利]结构可设计的抗高能和二次冲击的金属/陶瓷层状复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属/陶瓷层状复合材料的制备方法，涉及一种结构可设计的抗高能和二次冲击的金属/陶瓷层状复合材料的制备方法，尤其涉及一种能抗高能和二次冲击的金属/陶瓷层状复合材料的制备方法，特别是一种结构可设计的抗高能和二次冲击的金属/陶瓷层状复合材料的制备方法。

背景技术

随着射击速度的极大提高，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(>1540℃)、高强度(>600GPa)、高韧性和高硬度的性能，且要具有抗二次冲击的能力。

陈维平等人采用挤压浸渗法制备Al/SiC层状复合材料[陈维平等，华南理工大徐学报（自然科学版），2010,38(9)：90-95]，弹道冲击下陶瓷粉碎和崩落，金属内衬融化、变形。在公开/告号CN1623770A的中国专利中公开了一种金属/陶瓷层状复合材料防护板的制备方法，此方法将铝、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。但当前金属/陶瓷层状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，在冲击过程成中陶瓷易碎而脱落，缺乏抗二次冲击的能力。

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，本发明提出一种结构可设计的抗高能和二次冲击的金属/陶瓷层状复合材料的制备方法，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/陶瓷层状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。

技术方案

一种结构可设计的抗高能和二次冲击的金属/陶瓷层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：根据需要将陶瓷加工成需要的形状和不同厚度的陶瓷基片，再对其进行抛光、清洗和烘干处理；

步骤2：将金属箔或金属板切割成与步骤1加工的陶瓷基片相吻合的形状；

步骤3：以金属箔或金属板将多个陶瓷基片间隔叠层设置得到需要的层数和厚度，得到预制体，然后置于石墨模具中；

步骤4：将石墨模具置于热压炉中，将热压炉抽真空使其低于3.0×10^-3Pa时开始升温；升温时沿预制体的叠层方向向预制体内施加5～10MPa的压力；当热压炉的温度由室温升至1600～1900℃时开始保温，保温时间为0.5～2h；然后卸去施加在预制体的压力，并随炉冷却至室温，得到金属/陶瓷层状复合材料；所述升温速率与降温速率为5～20℃/min。

所述陶瓷基片为SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、AlN或ZrO₂的陶瓷基片。

所述陶瓷基片为SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、AlN或ZrO₂组合体的陶瓷基片。

所述金属箔为钨、铪、铌、铁、铁合金、钛或锆的金属箔。

所述金属板为钨、铪、铌、铁、铁合金、钛或锆的金属板。

有益效果