[发明专利]一种层状铝碳化硼复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层状铝碳化硼复合材料及其制备方法，包括分布在中轴面一侧的n层层状结构，以及，对称分布在中轴面另一侧的n层层状结构，n≥2；层状结构由铝粉和碳化硼粉制成，按照原料的体积百分比计，层状结构中铝粉的含量由内向外逐层递增，由50vol.%递增至100vol.%；碳化硼粉的含量由内向外逐层递减，由50vol.%递减至0vol.%；中轴面两侧原料变化一致。该层状铝碳化硼复合材料当外层遭到破坏，这种变形也会扩大裂纹的传播路径，吸收更多的断裂能，从而保证了材料整体的强度和韧性。

技术领域

本发明属于层状复合材料技术领域，尤其涉及一种层状铝碳化硼复合材料及其制备方法。

背景技术

碳化硼陶瓷具有密度小（2.5g/cm³）、硬度大（仅次于金刚石和立方氮化硼）、耐腐蚀及耐磨损等优点。但碳化硼难以烧结致密，断裂韧性很低（MPa·m^1/2）。铝具有韧性好、耐低温和耐腐蚀等优点，而且密度与碳化硼相近（2.7g/cm³），但铝的硬度低。因此，铝碳化硼复合材料结合碳化硼和铝的优势，是既有陶瓷的强度又有金属塑性的复合材料，应用于轻型防护和装甲防弹等对于材料硬度和韧性都有要求的应用领域。

现有技术中，铝碳化硅复合材料采用纯铝包覆层状结构。该结构的铝碳化硅复合材料外层采用熔融态金属铝液经冷却形成，中间层则采用多层不同碳化硼和铝含量的混合粉末，且由外至内铝含量逐渐降低，经半连铸后，在外层铝的包裹下初步成型形成铸坯，对铸坯进行高温高压下的热压处理，得到层状铝碳化硅复合材料。

上述层状铝碳化硅复合材料在受到外部冲击时，外层纯铝以及靠近外层的低铝中间层由于韧性和延展性较高，可抵抗一部分应力波；随着外部冲击的深入，中间层的铝含量降低，硬度增大，抗侵彻能力增强，从而达到阻挡应力波冲击的作用。但是，由于层与层之间的结合强度相对降低，在遇到应力波冲击时，靠近内部及内部各层之间容易断裂甚至破碎，严重影响材料的应用，给使用者造成损失。

发明内容

本发明提供了一种层状铝碳化硼复合材料及其制备方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供的一种层状铝碳化硼复合材料，包括分布在中轴面一侧的n层层状结构，以及，对称分布在所述中轴面另一侧的n层层状结构，n≥2；层状结构由铝粉和碳化硼粉制成， 按照原料的体积百分比计，层状结构中铝粉的含量由内向外逐层递增，由50vol.%递增至100vol.%；碳化硼粉的含量由内向外逐层递减，由50vol.%递减至0vol.%；所述中轴面两侧原料变化一致。

可选地，n=3-8。

可选地，n=5，层状结构中铝粉的含量由内向外逐层递增，由75vol.%递增至95vol.%；碳化硼粉的含量由内向外逐层递减，由25vol.%递减至5vol.%。

可选地，5层层状结构的原料组成分别为95vol%铝粉和5vol%碳化硼粉，90vol%铝粉和10vol%碳化硼粉，85vol%铝粉和15vol%碳化硼粉，80vol%铝粉和20vol%碳化硼粉，以及，75vol%铝粉和25vol%碳化硼粉。

可选地，所述铝粉的平均粒径为50-60μm，所述碳化硼粉的平均粒径为1-30μm。

第二方面，本发明还提供了层状铝碳化硼复合材料的制备方法，用以制备上述复合材料，包括以下步骤：