[发明专利]一种高韧性氧化铝基防弹陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高韧性氧化铝基防弹陶瓷及其制备方法。其技术方案是：以85～95质量份的氧化铝微粉和5～15质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～8质量份的可溶盐溶解于4～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料、所述盐溶液和1～5质量份的结合剂置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～150MPa条件下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1600～1800℃条件下保温1～8小时，制得高韧性氧化铝基防弹陶瓷。本发明所制备的高韧性氧化铝基防弹陶瓷具有强度高、硬度高、韧性高和体积密度较低的特点。

技术领域

本发明属于氧化铝基防弹陶瓷技术领域。具体涉及一种高韧性氧化铝基防弹陶瓷及其制备方法。

背景技术

防弹装甲材料是现代军事战争中不可或缺的关键材料之一，其性能的优劣直接制约着军事设备的作战能力，开发高性能防弹装甲材料，对于国防建设有着极其重要的意义。

为了能够兼具优异的抗侵彻能力、抗冲击能力及抗崩落能力，同时又不对军事设备的机动能力造成巨大影响，通常要求防弹装甲材料具有高硬度、高韧性、高强度和低密度。早期使用的防弹装甲材料为传统的高强度钢、铝合金、钛合金等金属材料，该类材料具有较好的韧性及强度，然而硬度却不是很理想，此外，通常具有较大的密度，对于军事设备及人员的机动能力不利。相比之下，陶瓷材料和复合材料由于其高硬度、高强度、耐腐蚀、低密度且性价比高的特点，已成为目前常用的防弹装甲材料。常用的防弹陶瓷装甲材料有B₄C、SiC、Si₃N₄、Al₂O₃等。B₄C、SiC和Si₃N₄等非氧化物材料虽然硬度较高、密度较低、具有优良的防弹性能，但是其价格昂贵，且较难烧结、制备难度大，因此，仅仅在某些关键部位使用。相比之下，由于Al₂O₃材料烧结性能优异、制备工艺成熟、生产成本低和原料丰富，Al₂O₃防弹陶瓷装甲材料是目前我国使用的主流防弹材料。然而，相比于非氧化物陶瓷材料，Al₂O₃陶瓷材料韧性差、密度偏高的缺陷降低了其能量吸收率和抗多次击打能力，阻碍了其进一步的扩展应用。因此，开发具有高韧性和低密度的Al₂O₃基防弹陶瓷装甲材料符合国家重大发展需求，对于提升我国整体国防能力具有不可取代的意义。

国内外针对Al₂O₃防弹陶瓷的研究主要集中在增韧方面。Al₂O₃陶瓷的增韧方法通常可以分为以下两类：(1)调控材料的显微结构进行自增韧，如晶粒形状、晶粒尺寸、消除或减少缺陷等；(2)引入第二相进行增韧，如金属颗粒、金属间化合物、非金属颗粒、晶须、纤维等。然而，目前的增韧方法对Al₂O₃陶瓷断裂韧性的提升程度均有限，且难以兼具防弹陶瓷装甲材料的低密度、高强度和高硬度的性能要求。因此，针对Al₂O₃基防弹陶瓷装甲材料的服役条件，亟需提出能够较大幅度提升陶瓷断裂韧性，同时，提升材料强度和硬度、降低密度的新型强韧化措施。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种高韧性氧化铝基防弹陶瓷的制备方法；用该方法制备的高韧性氧化铝基防弹陶瓷强度高、硬度高、韧性高和体积密度较低。