[发明专利]一种陶瓷/高熵合金叠层材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷/高熵合金叠层材料及其制备方法。该叠层材料包括陶瓷面板和与陶瓷面板叠放的高熵合金层，陶瓷面板和高熵合金层叠放的区域具有陶瓷金属界面层，陶瓷面板材料为氧化物、硼化物、氮化物、碳化物或硅化物中的一种单相陶瓷材料或者两种以上组合的复相陶瓷材料，高熵合金层由Co、Cr、Fe、Ni、Al、Mn、Mo、Ti、Cu、Zn、Si、Sn、W、Ga或Sr中的四种或四种以上元素形成。本发明制备的陶瓷/高熵合金叠层材料与传统的粘接方法制备的叠层结构材料相比，在相同的面密度下，抗高能冲击性能和抗二次冲击能力均大大提高。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷/高熵合金叠层材料及其制备方法。

背景技术

长期以来，防弹装甲主要是由金属制成，厚重的材料严重影响了使用者的机动性，因此抗侵彻能力与质量之间的矛盾是装甲防护研究需要解决的重要课题。陶瓷作为密度较小的材料，具有极高的硬度和抗压强度，以及良好的耐热性和抗氧化、抗腐蚀性能，且对射流和高能装甲弹均具有良好的抗弹性能，防护系数大大高于标准均质装甲钢，因此适于作装甲材料。

对于抗冲击陶瓷来说，弹丸侵彻过程中陶瓷能够使弹体钝化，降低了继续侵彻的能力，且在陶瓷内形成了倒置的破碎锥，可以分散冲击载荷，在后续的弹丸侵彻过程中破碎锥提供了主要的靶板阻力。但是，陶瓷的脆性和低抗拉强度使它们不能在碎裂过程中吸收大量能量，而金属作为背板，可以约束、支撑陶瓷面板，使陶瓷面板受到冲击后具有“裂而不碎”的功能，同时金属背板具有良好的韧性，受到冲击时可产生塑性变形吸收冲击能。因此实际应用中，通常用陶瓷作面板与金属作背板结合成为复合装甲使用，两者之间用胶粘剂粘接，能充分发挥两种材料各自的优点，利用陶瓷面板的高硬度和高弹性模量来满足装甲要求的抗侵彻能力，利用金属背板的韧性及延展性来满足装甲要求的抗二次冲击能力。然而，陶瓷与金属之间存在界面，而陶瓷与金属往往通过胶粘剂粘接起来，这种弱界面的强度有限。复合装甲在弹丸侵彻冲击下，陶瓷面板容易发生崩裂、破碎，同时破碎的陶瓷飞溅，面板与背板分离，受损区域抗弹性能下降，界面处产生的反射波甚至会降低复合装甲的抗弹性能。所以，如何消除界面问题带来的影响也是需要研究的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷/高熵合金叠层材料及其制备方法。该材料可提高抗高能冲击和抗二次冲击能力。

为实现上述目的，本发明公开的技术方案是：

一种陶瓷/高熵合金叠层材料，其包括陶瓷面板和与所述陶瓷面板叠放的高熵合金层，所述陶瓷面板和高熵合金层叠放的区域具有陶瓷金属界面层，所述陶瓷面板材料为氧化物、硼化物、氮化物、碳化物或硅化物中的一种单相陶瓷材料或者两种以上组合的复相陶瓷材料，所述高熵合金层由Co、Cr、Fe、Ni、Al、Mn、Mo、Ti、Cu、Zn、Si、Sn、W、Ga 或Sr中的四种或四种以上元素形成。

上述方案中，所述高熵合金层的厚度为0.1mm～20mm。

上述方案中，所述陶瓷面板的陶瓷材料致密度为95％以上。

所述的陶瓷/高熵合金叠层材料的制备方法，包括以下步骤：

1)选取Co、Cr、Fe、Ni、Al、Mn、Mo、Ti、Cu、Zn、Si、Sn、W、Ga或Sr中的四种或四种以上元素的粉末颗粒，采用行星球磨制备高熵合金粉末，其中每种元素的摩尔百分比在0-35％之间；

2)将陶瓷面板装入石墨模具，表面利用铺层法均匀铺放高熵合金粉体，粉体厚度0.1mm～20mm，压实；

3)将模具放入烧结炉内，烧结气氛为真空或惰性气体，烧结压力为0～80MPa；保温时间0～5小时，烧结温度800～1300℃，随炉冷却至室温，得到陶瓷/高熵合金叠层材料。

上述方案中，步骤1)中的球磨介质为不锈钢球或硬质合金球。

上述方案中，步骤1)中的球料质量比5：1～20：1。