[发明专利]一种叠层装甲用SiC陶瓷薄层防弹材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叠层装甲防护用SiC陶瓷薄层防弹材料及其制备方法，属于装甲防护材料技术领域。

背景技术

现代战争中，装甲材料是军事武器的关键技术之一。高性能装甲材料不但能提高战斗武器的战场生存能力，而且不降低其攻击时的机动能力。碳化硅陶瓷所具有的密度低、硬度大、抗冲击性能好、弹道性能好的优点，使其成为制作高性能防弹装具的理想材料，广泛用于制作防弹衣、车辆防弹装甲、舰船防弹装甲、直升机防弹装甲等。

然而，陶瓷材料韧性低、可靠性差的缺点在一定程度上限制了碳化硅陶瓷作为装甲防护材料的应用。近年来，随着仿生学的快速发展，陶瓷薄层材料与高分子层叠层复合制备类似贝壳结构的装甲成为高性能装甲的发展方向。目前，陶瓷薄层材料常用的成型方法主要有轧膜成型、流延成型、凝胶注模成型等。

凝胶注模工艺是20世纪90年代美国橡树岭国家实验室的O.O.Omatete和M.A.Jenny等人发明的一种近净尺寸成型技术，具有成本低，可制备可靠性高、形状复杂的陶瓷部件等优点。但是，用凝胶注模工艺制备大尺寸(边长厚度比＞100)薄层(厚度＜2mm)陶瓷材料时，在干燥、烧结过程中容易产生翘曲、开裂等缺陷。

中国专利文件CN101948312A公开了一种碳化硅防弹陶瓷，原料组分的质量百分数为：碳化硅粉末占40％～50％、纳米碳黑占8％～12％、酚醛树脂占3％～10％、硅占38％～45％。CN103508734A提供一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法，在研钵中将碳化硅粉末、碳化硼粉末、纳米碳黑混合，将酚醛树脂用酒精溶解，加入到研钵中，球磨混匀，将混匀的粉料加入塑性剂制成团粒，然后模压成型，制成生坯，再烘干、固化，渗硅反应烧结，制备的防弹材料，具有密度小，防弹性能好等优点。上述发明公开的方法适用于块体防弹陶瓷材料的制备，且均为反应烧结碳化硅基防弹陶瓷，材料中所含的游离硅低的脆性和硬度不利于碳化硅陶瓷防弹性能的充分发挥。而且块体防弹陶瓷材料的防弹能力与新型的叠层复合陶瓷材料相比，防护能力较低。

发明内容

针对现有技术的不足，为了解决现有陶瓷装甲材料韧性低的及凝胶注模工艺制备大尺寸薄层陶瓷产品干燥、烧结过程中容易产生翘曲、开裂的问题，本发明提供一种叠层装甲防护用SiC陶瓷大尺寸薄层防弹材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种叠层装甲防护用SiC陶瓷薄层防弹材料，是由以下质量份的原料组分制备的凝胶注模薄片烧结而成的，所述薄片厚度为0.3-2.5mm：

碳化硅微粉100份，碳化硼微粉0.5-2份，丙烯酰胺单体20-35份，N’N亚甲基双丙烯酰胺1-3份，四甲基氢氧化铵0.5-1.5份，磷酸三丁酯0.2-0.8份，去离子水30-45份，引发剂过硫酸铵溶液2-5份。

所述碳化硅微粉平均粒径为0.45μm，纯度≥98.5％；

所述碳化硼微粉平均粒径为1.5-3.5μm，纯度≥93.5％；

所述过硫酸铵溶液为2-4wt.％的过硫酸铵水溶液；

根据本发明优选的，原料组分质量份如下：碳化硅微粉100份，碳化硼微粉0.5-1.5份，丙烯酰胺单体15-30份，N’N亚甲基双丙烯酰胺1.5-2.5份，四甲基氢氧化铵0.8-1.2份，磷酸三丁酯0.4-0.6份，去离子水35-42份，引发剂过硫酸铵溶液2-3份。

根据本发明优选的，所述SiC陶瓷薄层防弹材料的厚度0.5-2mm；长宽尺寸根据需要选择模具尺寸，可实现长100～1000mm、宽100～1000mm的SiC陶瓷薄层产品的制备。属于大尺寸薄层陶瓷产品。

本发明所用碳化硅微粉，碳化硼微粉，丙烯酰胺单体、N’N亚甲基双丙烯酰胺、四甲基氢氧化铵、磷酸三丁酯、过硫酸铵均为市售工业纯原料。

一种叠层装甲防护用SiC陶瓷薄层防弹材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)制备陶瓷浆料

按配比称取碳化硅微粉、碳化硼微粉、丙烯酰胺单体、N’N亚甲基双丙烯酰胺、四甲基氢氧化铵、磷酸三丁酯，加入去离子水，球磨混合均匀；真空搅拌除泡；然后加入过硫酸铵溶液引发剂，在真空搅拌器中，边搅拌边抽真空至-0.08MPa，保持3-7分钟，使浆料均匀混合，并除去气泡。

(2)注模成型

将步骤(1)制得的浆料注入石英玻璃模具中，在25-35℃温度下固化10-18小时，脱模，制得规整的薄层碳化硅坯体；

(3)坯体干燥

将步骤(2)制得的薄层碳化硅坯体移入40-50℃的干燥室中，置于表面平滑的石膏薄板之间抚平干燥，得注模坯体；