[发明专利]一种大厚度碳化硅抗弹陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大厚度碳化硅抗弹陶瓷及其制备方法，该陶瓷以碳化硅为基体，碳化硼为增强相，树脂为结合剂，以原料总质量百分比计，碳化硅的添加量为60‑85wt.％，碳化硼的添加量为5～25wt.％，树脂5‑20wt.％，经等静压预压成型和热压烧结得到。本发明还提供该陶瓷的制备方法。本发明采用等静压预压成型，提高样品生坯密度、然后利用热压烧结工艺制备大厚度碳化硅抗弹陶瓷，解决芯部与表层性能差异大的难题。

(一)技术领域

本发明涉及一种大厚度碳化硅抗弹陶瓷及其制备方法，属于装甲防护领域。

(二)背景技术

碳化硅陶瓷具有高硬度、相对低的密度、优异的抗弹性能和高的性价比等特点，使其成为当代最具发展潜力的一种抗弹陶瓷材料。

关于碳化硅抗弹陶瓷已有许多专利和文献报导。中国专利文件CN101948312A公开了一种碳化硅抗弹陶瓷，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％。中国专利文件CN103508734A提供一种抗弹碳化硼/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，制备的抗弹材料，具有密度小，抗弹性能好等优点。中国专利文件CN102259378A公开了“一种陶瓷抗弹板的制备方法”，该技术通过负压成型工艺，用溶剂型胶粘剂将氧化铝、碳化硅、碳化硼抗弹陶瓷片与芳纶纤维、高强度聚乙烯纤维的机织布或UD布的层压板粘结在一起，然后在特制的模具内模压定型。用于防护弹速在700m/s以上的轻武器发射的高穿透力的子弹。中国专利文件CN1552667A介绍了碳化物陶瓷抗弹板材料及其陶瓷抗弹板的制备方法，该专利中碳化硅与碳化硼占70-92，Al-Y系添加剂5.5-25，经过混料、冷压成型，在真空炉中1750-2050℃下保温240-480分钟，充氩气烧结。与相同厚度8mm无压烧结碳化硅、无压烧结碳化硼抗弹板在相同弹型和设计速度下的弹道质量效率。中国专利文件CN105601280A，介绍了“一种低成本轻质高抗弹性能B₄C/SiC复合抗弹陶瓷板及制备方法”，抗弹板的组成为：碳化硅微粉60％-73％，酚醛树脂6％-8％。炭黑0.5％-2％、石墨0.5％-2％，碳化硼16％，聚乙烯醇10％-12％。采用碳化硅造粒粉作为制备原料液压成型多弧面抗弹板坯体，干燥、排胶，在真空炉中与1530-1760℃，保温30-180min的烧成制度下反应烧结制备低成本轻质高抗弹性能的B₄C/SiC复合抗弹陶瓷。

魏汝斌等(兵器材料科学与工程，“碳化硅抗弹陶瓷的研究进展及在装甲防护领域的应用”，2014,37，(6)145-148)介绍了碳化硅抗弹陶瓷的结构与性能，论述其制备技术的研究进展，分析碳化硅陶瓷在装甲防护领域的应用现状，指出：碳化硅陶瓷以优异的力学性能和性价比成为最有应用前途的抗弹陶瓷材料之一，在单兵装备、陆军装甲武器平台、武装直升机平台、警、民用特种车辆等诸多装甲防护领域中的应用趋于多元化，碳化硅陶瓷在装甲防护领域的应用具有广阔的发展空间。Che-Yuan Liu等(Ceramics International39(2013)8253–8259)介绍了液相烧结碳化硅陶瓷抗弹性能，在1870℃通过添加氧化铝和氧化钇做烧结助剂得到的陶瓷能够通过美国军标IV级防护靶试。不过,文章介绍其单向压制生坯尺寸是58×58×11.5mm。Ian Gcrouch等(Ceramics International 41(2015)11581–11591)介绍了在反应烧结碳化硅装甲材料制造缺陷的特点、意义和检测。认为制备过程中产生的缺陷对抗弹性能有很大的影响。

目前所报导的碳化硅抗弹陶瓷主要是无压烧结和反应烧结碳化硅产品。