[发明专利]一种陶瓷防护材料及其制备方法和凝胶电泳装置

说明书

本发明提供一种陶瓷防护材料及其制备方法和凝胶电泳装置。所述陶瓷防护材料的制备方法包括凝胶电泳成型的步骤，其中，电泳浆料包括凝胶体系预混液和陶瓷粉末。不同于传统的干压成型法、注浆法和凝胶注模法，本发明采用凝胶电泳成型工艺，不仅保证了防护材料的整体均匀性和致密性，可获得较高的强度、合理的体积密度、优良的断裂韧性和弹性模量，而且还可以通过调整工艺参数或切换浆料来实现防护材料的微观结构及厚度的调控。本发明成型工艺简单，极大的缩短制备周期，降低生产能耗。利用此工艺生产出的陶瓷防护材料可以显著提升抗多发弹打击性能，对企业提高生产效益具有重要意义。

技术领域

本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种陶瓷防护材料及其制备方法和凝胶电泳装置。

背景技术

防弹衣，用于防护弹头或弹片对人体的伤害，相当于古代的铠甲，是一种不可或缺的军事装备。大部分的防弹衣是由多层芳纶或者聚乙烯PE制成的，虽然这种防弹衣穿起来比较轻便，但是由于材料和技术的限制，很难防得住步枪以及更高级别的威胁，即使堆叠上很多层防弹纤维，多到足以不被步枪弹击穿时，也会由于布料的内凹变形使部分冲击由人体吸收，从而对人体构成二次伤害，此时就需要用上防弹插板。另外，一些军事设备如装甲车为避免枪弹攻击破坏也会采用类似防弹插板的防护材料进行防护。

制作防弹插板类防护材料的种类大致可以分为三种：钢铁、聚乙烯、陶瓷，其中应用较广占据主流的是陶瓷防护材料。

目前，陶瓷防护材料中的陶瓷一般使用氧化铝、碳化硅和碳化硼这三种不同的材料。陶瓷防护材料的制备通常采用干压成型法、注浆法和凝胶注模法。但是干压成型法需要将物料进行球磨和喷雾造粒，能耗较高，对环境不友好，且干法压制的产品由于物料距离模具距离不同会出现微观结构不均匀的情况，从而影响产品效果。传统注浆成形是依靠多孔模具的毛细管力将浆料中水分吸走从而进行坯体成型，此种成型方式制造出的坯体结构存在明显不均质情况，且以石膏为代表的多孔模具使用寿命很短，不易处理。传统的凝胶注模成型仅依靠浆料中的单体聚合使坯体成型，需要添加大量的单体，烧结会产生大量气孔降低了坯体致密性，从而制备得到的陶瓷防护材料其防弹性能也无法满足越来越高的防护要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种陶瓷防护材料及其制备方法和凝胶电泳装置。

第一方面，本发明提供一种陶瓷防护材料的制备方法，包括凝胶电泳成型的步骤，其中，电泳浆料包括凝胶体系预混液和陶瓷粉末。

采用传统的干压成型法需要将物料进行球磨和喷雾造粒，能耗较高，对环境不友好，且干法压制的产品由于物料距离模具距离不同会出现微观结构不均匀的情况，从而影响产品效果。注浆成型工艺对浆料的悬浮性要求高，成型时间长，且所得防弹插板均匀性较差，且以石膏为代表的多孔模具使用寿命很短，不易处理。而传统的凝胶注模法需要使用高品质不锈钢制作的封闭模具，模具成本很高；在将浆料注入到密封模具中需要很高的压力，导致不锈钢模具发生形变，从而影响了产品的外形尺寸；由于需要添加大量有机物成分，导致烧结会坯体内部存在大量气孔，密度偏低；凝胶注模成型最常使用的丙烯酰胺单体是一种神经毒素，不利于操作人员的身体健康以及对环境也有一定的损害。

本发明创新性地采用凝胶电泳成型，其中工艺机理为通过搅拌或球磨混料将陶瓷粉末颗粒分散于含有有机聚合物单体、交联剂、引发剂等物质的水溶液或有机溶液(即凝胶体系预混液)中，制备出低粘度、高固相体积含量(≥60％)、悬浮性稳定的浆料。成型时，将制备好的浆料注入成型槽中，然后将具有特殊形状尺寸的金属格网板插入浆料中，金属网格板上覆盖上一层具有一定孔径的滤纸或滤布。接通电源，对浆料施加直流电压，使带负电荷的浆料粒子往阳极(导电底板)定向移动。由于水能通过滤布，而浆料粒子不能通过从而在滤布上沉积。通过控制浆料固相含量、电压、时间等参数可以调控沉积坯体的厚度和致密性。也可以通过切换浆料中的陶瓷颗粒种类或比例，制备出具有层间梯度的复合陶瓷坯体。