[发明专利]超硬陶瓷防弹片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种防弹性能优异的超硬陶瓷防弹片及其制备方法。

背景技术

现有的陶瓷复合防弹板主要由防弹背板以及设于防弹背板上的多块防弹陶瓷块构成，虽然现有陶瓷复合防弹板的性价比很高，但是这种陶瓷复合防弹板至少还存在着如下几个问题：第一，现有陶瓷复合防弹板的整体重量普遍偏高；第二，在现有的陶瓷复合防弹板中，防弹陶瓷块之间的结合处防弹性能十分薄弱；第三，现有陶瓷复合防弹板的防弹原理是依靠增大子弹侵彻阻力来达到防弹目的的，这一防弹原理限制了现有陶瓷复合防弹板的整体性能偏低。

碳化硼属于新兴材料，成本较高，碳化硅和氧化铝原料获得比较容易，但是其性能相对较差。金刚石和立方氮化硼材料属于超硬材料，近年来超硬材料发展十分迅猛，使得原本非常昂贵的材料变得价格很亲民，而其性能又非常优越，这就使其在陶瓷防弹片领域有很大的发展空间。然而，TakashiTaniguchi等的研究表明，纯立方氮化硼或者金刚石的烧结压力在7.7万个大气压，烧结温度2000℃，烧结条件极为苛刻。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种超硬陶瓷防弹片，同时提供该超硬陶瓷防弹片的制备方法是本发明的第二个发明目的。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超硬陶瓷防弹片，由以下重量百分比的原料制成：主陶瓷相70%～92%、助烧剂8%～30%，所述主陶瓷相为立方氮化硼和金刚石中的一种或两种的混合物。

所述助烧剂选自石墨烯、碳纤维、金属及其化合物和稀土氧化物中的一种或两种以上的混合物。

所述金属选自钴、钨、镍、铜、铝和钛中的一种或两种以上的混合物。

所述金属化合物选自碳化钨、氮化铝、氮化钛、碳化钛和碳氮化钛中的一种或两种以上的混合物。

所述立方氮化硼的粒度为0.01～25μm；所述金刚石的粒度为0.05～25μm；所述助烧剂的粒度为0.05～7μm。

该超硬陶瓷防弹片的制备方法，包括下列步骤：

步骤1）、将主陶瓷相和助烧剂按比例混合制成复合粉体；

步骤2）、将步骤1）所得复合粉体在3～6万个大气压下、温度为1200～1900℃

下烧结8～25min，即得所述陶瓷防弹片。

本发明的陶瓷防弹片，合成的形状为规则柱状，如圆柱、三棱柱、四棱柱、

六棱柱等，柱体上端为凸面。

本发明采用的助烧剂是为了降低烧结温度，提高产品性能的均匀性和抗弯强度，不同的助烧剂各自有存在着不同的特点。

石墨烯和碳纤维：它们主要的特点是其结构上的二维片状和一维线性材料使其在陶瓷烧结过程中有降低密度、提高韧性的作用。

金属及其化合物：主要特点是熔点较低，降低烧结温度。

稀土氧化物：1）良好的表面活性物质，可改善材料间的润湿性，降低烧结温度；2）促进反应的进行，易于形成低熔点液相，并通过颗粒间的毛细管作用，促使颗粒间物质的空隙处填充，使材料孔隙率降低，致密度提高；3）稀土氧化物离子半径较B、N原子大得多，难以形成固溶，因此易于分布在晶界处。阻碍离子迁移，降低晶界迁移率，抑制晶粒生长。

与现有工艺相比，本发明的有益效果为：

1）、本发明的陶瓷防弹片，将立方氮化硼和/或金刚石与、石墨烯、碳纤维、金属及其化合物、稀土氧化物中的任意一种或其组合进行复配后，烧结条件变得温和，所需的烧结温度为1200～1900℃、烧结压力为3～6万个大气压，同时所得的陶瓷防弹片具有较高的硬度、断裂韧性、抗弯强度和抗冲击韧性。

2）、烧结时，其烧结条件温和，所需的烧结温度为1200～1900℃、烧结压

力为3～6万个大气压，整体工艺简单，合成时间短，8～25min即可完成，操作方便，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1-7

实施例1-7的陶瓷防弹片各原料的重量百分比及烧结条件见表1所示：

表1实施例1-7中陶瓷防弹片的原料的重量百分比及烧结条件

实施例1-7的陶瓷防弹片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、将主陶瓷相和助烧剂按比例混合制成复合粉体；

步骤2）、将步骤1）所得复合粉体在表1所示烧结条件下烧结即得所述陶瓷

防弹片。

实施例8