[发明专利]一种层状防弹陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种层状防弹陶瓷及其制备方法，层状防弹陶瓷包括依次设置的高硬度区和高韧性区，所述高硬度区包括交替层叠的第一陶瓷材料层和第二陶瓷材料层，所述高韧性区包括交替层叠的第三陶瓷材料层和第四陶瓷材料层，所述第一陶瓷材料层、所述第二陶瓷材料层、所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的制备原料包括碳化硅和/或碳化硼、碳源和助剂，所述第一陶瓷材料层和所述第二陶瓷材料层的总膨胀系数不同，所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的总膨胀系数不同。本发明同时对层状防弹陶瓷进行功能梯度结构设计和强界面层状结构设计，实现了双重强化效果，使材料防弹性能大幅提升。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体而言，涉及一种层状防弹陶瓷及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料因其硬度高、密度低的优点，在防弹领域得到了广泛的应用。弹丸命中后，由于陶瓷的硬度高，弹丸会产生变形、破坏甚至碎裂，从而大大削弱了弹丸的冲击、穿透能力。在高等级的防弹板中，陶瓷的性能直接影响防弹的效果。近年来，随着对人员防护的重视，防弹板的防弹指标要求越来越高，而陶瓷材料本身的性能难以有大的突破，因而许多研究致力于通过对陶瓷的结构设计的研究，在不改陶瓷本身性能的情况下进一步提高防弹性能。

陶瓷材料的性能受材料成分影响，层状结构陶瓷可以通过结构设计使各层陶瓷具有不同的硬度和韧性，从而提高层状结构陶瓷整体的防弹性能。此外，相邻层间材料成分不同，会使其热膨胀系数不同，这会使相邻层材料在高温烧结后收缩量不同，进而产生残余应力，残余应力也会对防弹能力产生影响。可见层状陶瓷的结构设计与残余应力控制都对材料成分有具体的要求，在实践中，现有技术难以同时实现结构设计和残余应力控制，限制了陶瓷防弹性能进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提高层状陶瓷材料的防弹性能。

本发明一方面提供一种层状防弹陶瓷，包括依次设置的高硬度区和高韧性区，所述高硬度区包括交替层叠的第一陶瓷材料层和第二陶瓷材料层，所述高韧性区包括交替层叠的第三陶瓷材料层和第四陶瓷材料层，所述第一陶瓷材料层、所述第二陶瓷材料层、所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的制备原料包括碳化硅和/或碳化硼、碳源和助剂，所述第一陶瓷材料层和所述第二陶瓷材料层的总膨胀系数不同，所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的总膨胀系数不同。

相对于现有技术，本发明对层状陶瓷的结构进行设计，将陶瓷分成高硬度区和高韧性区，由高硬度区来破坏弹头，由高韧性区提高抗冲击与抗多发弹丸命中的能力，同时设计各陶瓷材料层的总膨胀系数不同，在陶瓷内引入残余压应力，利用交替叠层的强界面层结构产生的残余应力来偏转裂纹，起到良好的增韧效果，提高材料的抗多发弹打击能力，本发明实际上同时对层状防弹陶瓷进行功能梯度结构设计和强界面层状结构设计，实现了双重强化效果，使材料防弹性能大幅提升。

进一步地，所述第一陶瓷材料层和所述第二陶瓷材料层的碳化硼含量为50-90wt％，所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的碳化硼含量为0-20wt％。由此高硬度区中碳化硼含量要高于高韧性区，使高硬度区的硬度更高，高韧性区的韧性更好。

进一步地，所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的原料包括碳化硅纤维。由此使高韧性区的韧性进一步提升。

进一步地，所述高硬度区的厚度占所述层状防弹陶瓷总厚度的20％-50％，且所述高硬度区的厚度大于等于1mm。由此使高硬度区和高韧性区都具有一定的厚度，保证陶瓷整体具有较好的防弹性能。

进一步地，所述第一陶瓷材料层、所述第二陶瓷材料层、所述第三陶瓷材料层和所述第四陶瓷材料层的厚度为0.1-1mm。

本发明另一方面提供上述层状防弹陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：