[发明专利]一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化铝‑碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。其技术方案是：以92～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～8质量份的含碳材料为原料；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；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，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，在氮气气氛和1550～1750℃条件下保温1～8小时，即得氧化铝‑碳氮化钛复相防弹陶瓷。本发明成本低和工艺简单，所制备的氧化铝‑碳氮化钛复相防弹陶瓷具有强度高、硬度高、韧性高、含大量纳米级晶内气孔和体积密度低的特点。

技术领域

本发明属于Al₂O₃基复相防弹陶瓷技术领域。具体涉及一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。

背景技术

防弹材料是广泛应用于航天器、装甲车辆、直升机、坦克、自行火炮以及单兵防弹服、头盔、防弹盾板的防护性材料，能够一定程度上抵御武器的攻击，起到保护军事设备及人员的作用，因此，防弹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装备的作战能力，开发高性能防弹材料，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，同时又不对军事装备的机动能力造成巨大影响，通常要求防弹材料具有高硬度、高韧性、高强度和低密度。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。

国内外针对Al₂O₃陶瓷的增韧开展了大量研究：Xu L H等(Xu L H,Xie Z P,Gao LC,et al.Synthesis,evaluation and characterization of alumina ceramics withelongated grains[J].Ceramics International,2005,31(7):953-958)引入经低温煅烧的氢氧化铝作为晶种，并通过调控制备工艺，制得了具有板状晶粒的自增韧氧化铝陶瓷，其断裂韧性为7.1MPa m^1/2；Trusty P A等(Trusty P A,Yeomans J A.The toughening ofalumina with iron:Effects of iron distribution on fracture toughness[J].Journal of the European Ceramic Society,1997,17(4):495-504)引入20vol％的Fe制备了Al₂O₃基复相陶瓷，其断裂韧性分别达10.9MPa m^1/2，然而其密度较高；Than W H等(ThanW H,Chen R Z,Wang T C,et al.Mechanical properties of Al₂O₃/ZrO₂composites[J].Journal of the European Ceramic Society,2002,22(16):2827-2833.)通过控制ZrO₂颗粒的稳定程度，引入10vol％中位径为0.3μm的ZrO₂颗粒，制备得到了断裂韧性达11.8MPam^1/2的复相陶瓷，然而其密度较高；Garnier V等(Garnier V,Fantozzi G,Nguyen D,etal.Influence of SiC whisker morphology and nature of SiC/Al₂O₃interface onthermomechanical properties of SiC reinforced Al₂O₃composites[J].Journal ofthe European Ceramic Society,2005,25(15):3485-3493)引入35vol％的SiC晶须，将Al₂O₃陶瓷断裂韧性由5.4MPa m^1/2提升至7.9MPa m^1/2。