CN101234901B - 一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101234901B
CN101234901B CN2007101791749A CN200710179174A CN101234901B CN 101234901 B CN101234901 B CN 101234901B CN 2007101791749 A CN2007101791749 A CN 2007101791749A CN 200710179174 A CN200710179174 A CN 200710179174A CN 101234901 B CN101234901 B CN 101234901B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
ceramic material
carbon fiber
bulletproof ceramic
hot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007101791749A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101234901A (zh
Inventor
张佐光
李敏
孙志杰
顾轶卓
王明超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN2007101791749A priority Critical patent/CN101234901B/zh
Publication of CN101234901A publication Critical patent/CN101234901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101234901B publication Critical patent/CN101234901B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

本发明公开了一种复合防弹陶瓷材料，由70～97重量份的碳化硼和3～30重量份的碳纤维组成。该复合防弹陶瓷材料的密度为2.30～2.48g/cm3；在18～25℃温度条件下的维氏硬度为24～38GPa，弯曲强度为420～600MPa，弹性模量为400～460GPa，断裂韧性为2.8～4.1MPa·m1/2。本发明复合防弹陶瓷材料中由于添加了碳纤维，使得碳化硼陶瓷的防弹性能，当其用作装甲时，可有效减轻装甲重量。

Description

一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防护材料及其制备方法，更特别地说，是指一种采用碳纤维增强碳化硼的复合防弹陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料具有高硬度和低密度的特点，是优良的防护(如抗弹)材料之一。在当前使用的防弹陶瓷中，碳化硼防弹陶瓷具有密度最低，硬度最高，是较理想的装甲陶瓷。尤其是在航空装甲及防弹衣等以减重为首要前提的装甲系统中，碳化硼防弹陶瓷被优先选用。
公开号CN 1803714A中公开了一种“碳化硼基复合防弹陶瓷及其制备方法”，该碳化硼基复合防弹陶瓷由碳化硼粉体、碳化硅晶须、硅粉和硼化物组成，制备方法中通过采用无水乙醇为介质，球磨混合，真空干燥制得混合粉末，然后在1700～2000℃温度下和30～40MPa压力下热压烧结而成。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有低密度、高强度、高韧性的碳纤维增强碳化硼防弹陶瓷复合材料，该复合防弹陶瓷材料以碳化硼为基体，碳纤维为增强体，采用高速粉碎混料、模压制预成型体、热压烧结制防弹陶瓷件。
本发明复合防弹陶瓷材料由70～97重量份的碳化硼和3～30重量份的碳纤维组成。该复合防弹陶瓷材料的密度为2.30～2.48g/cm3；在18～25℃温度条件下的维氏硬度为24～38GPa，弯曲强度为420～600MPa，弹性模量为400～460GPa，断裂韧性为2.8～4.1MPa·m1/2。碳纤维是T700碳纤维、M40碳纤维或者M55J碳纤维。
本发明碳纤维增强碳化硼防弹陶瓷复合材料的优点：(1)通过添加碳纤维提高了碳化硼陶瓷的强度和韧性；(2)通过添加碳纤维降低了碳化硼陶瓷的密度；(3)通过添加碳纤维提高了碳化硼陶瓷的防弹性能，当其用作装甲时，可有效减轻装甲重量。
附图说明
图1是本发明复合防弹陶瓷材料的弯曲强度测试的载荷-位移曲线。
图2是本发明复合防弹陶瓷材料的微观形貌的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明复合防弹陶瓷材料由70～97重量份的碳化硼和3～30重量份的碳纤维组成。该复合防弹陶瓷材料的密度为2.30～2.48g/cm3；在18～25℃温度条件下的维氏硬度为24～38GPa，弯曲强度为420～600MPa，弹性模量为400～460GPa，断裂韧性为2.8～4.1MPa·m1/2。
一种制备具有低密度、高强度、高韧性的碳纤维增强碳化硼防弹陶瓷复合材料的方法，其有如下制备步骤：
第一步：增强体材料的准备
先将增强体材料——碳纤维剪切至3～10mm，然后放入高速粉碎机中粉碎1～5min后，制得0.1～1mm长度的短纤维；
第二步：粉碎制预混料
将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎1～5min后，制得粒径30～150μm的预混料；
第三步：压制预成型体
将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在30～50MPa的压力条件下制得预成型体；
第四步：热压烧结防弹陶瓷
将经第三步制得的预成型体放入热压炉内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；
热压烧结工艺参数：烧结温度为1950～2000℃、压力为30～40MPa、烧结时间20～30min。
实施例1：T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷
复合防弹陶瓷材料由90重量份的碳化硼和10重量份的T700碳纤维组成。
第一步：增强体材料的准备
先将增强体材料——T700碳纤维剪切至10mm，然后放入高速粉碎机(北京市永光明医疗仪器厂生产的FW-135型粉碎机)中粉碎3min后，制得95％以上T700碳纤维长度在0.6mm为佳，即得到短纤维；
第二步：粉碎制预混料
将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎3min后，制得粒径50～80μm的预混料；
第三步：压制预成型体
将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在50MPa的压力条件下制得预成型体；
第四步：热压烧结防弹陶瓷
将经第三步制得的预成型体放入热压炉(上海晨华电炉有限公司生产的ZT-40-20Y型真空热压炉)内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；
热压烧结工艺参数：烧结温度为1990℃、压力为30MPa、烧结时间30min。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用S5800扫描电子显微镜观察其形貌，如图2所示，短切T700碳纤维随机均匀分布在碳化硼基体中。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用排水法测得密度为2.43g/cm3。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 6569-2006，精细陶瓷弯曲强度试验方法，在25℃温度条件下测得的三点弯曲强度为580MPa。弯曲强度测试的载荷-位移曲线如图1所示，图中虚线为T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷，实线为相同工艺条件下制备的碳化硼陶瓷。T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷强度有明显提高。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 10700-2006，精细陶瓷弹性模量试验方法-弯曲法，在25℃温度条件下的弹性模量为450GPa。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷利用单边切口梁法测得在25℃温度条件下的断裂韧性为4.0MPa·m1/2。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 16534-1996，工程陶瓷维氏硬度试验方法，在25℃温度条件下的维氏硬度为36GPa。
实施例2.T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷
复合防弹陶瓷材料由70重量份的碳化硼和30重量份的T700碳纤维组成。
第一步：增强体材料的准备
先将增强体材料——T700碳纤维剪切至5mm，然后放入高速粉碎机中粉碎5min后，制得95％以上T700碳纤维长度在0.4mm为佳，即得到短纤维；
第二步：粉碎制预混料
将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎5min后，制得粒径30～40μm的预混料；
第三步：压制预成型体
将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在35MPa的压力条件下制得预成型体；
第四步：热压烧结防弹陶瓷
将经第三步制得的预成型体放入热压炉内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；
热压烧结工艺参数：烧结温度为1990℃、压力为35MPa、烧结时间20min。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用排水法测得密度为2.30g/cm3。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 6569-2006，精细陶瓷弯曲强度试验方法，在25℃温度条件下测得的三点弯曲强度为420MPa。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 10700-2006，精细陶瓷弹性模量试验方法-弯曲法，在25℃温度条件下的弹性模量为405GPa。
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷利用单边切口梁法测得在25℃温度条件下的断裂韧性为2.8MPa·m1/2
将上述制得的含有T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 16534-1996，工程陶瓷维氏硬度试验方法，在25℃温度条件下的维氏硬度为26GPa。
实施例3：M40碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷
复合防弹陶瓷材料由85重量份的碳化硼和15重量份的M40碳纤维组成。
第一步：增强体材料的准备
先将增强体材料——M40碳纤维剪切至3mm，然后放入高速粉碎机中粉碎2min后，制得98％以上M40碳纤维长度在0.5mm为佳，即得到短纤维；
第二步：粉碎制预混料
将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎2min后，制得粒径80～120μm的预混料；
第三步：压制预成型体
将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在30MPa的压力条件下制得预成型体；
第四步：热压烧结防弹陶瓷
将经第三步制得的预成型体放入热压炉内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；
热压烧结工艺参数：烧结温度为2000℃、压力为30MPa、烧结时间20min。
将上述制得的含有M40碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用排水法测得密度为2.40g/cm3。
将上述制得的含有M40碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 6569-2006，精细陶瓷弯曲强度试验方法，在25℃温度条件下测得的三点弯曲强度为500MPa。
将上述制得的含有M40碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 10700-2006，精细陶瓷弹性模量试验方法-弯曲法，在25℃温度条件下的弹性模量为430GPa。
将上述制得的含有M40碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷利用单边切口梁法测得在25℃温度条件下的断裂韧性为3.2MPa·m1/2。
将上述制得的含有M40碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 16534-1996，工程陶瓷维氏硬度试验方法，在25℃温度条件下的维氏硬度为30GPa。
实施例4：M55J碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷
复合防弹陶瓷材料由93重量份的碳化硼和7重量份的M55J碳纤维组成。
第一步：增强体材料的准备
先将增强体材料——M55J碳纤维剪切至10mm，然后放入高速粉碎机中粉碎3min后，制得95％以上M55J碳纤维长度在0.5mm为佳，即得到短纤维；
第二步：粉碎制预混料
将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎3min后，制得粒径30～60μm的预混料；
第三步：压制预成型体
将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在50MPa的压力条件下制得预成型体；
第四步：热压烧结防弹陶瓷
将经第三步制得的预成型体放入热压炉内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；
热压烧结工艺参数：烧结温度为1950℃、压力为40MPa、烧结时间30min。
将上述制得的含有M55J碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用排水法测得密度为2.46g/cm3。
将上述制得的含有M55J碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 6569-2006，精细陶瓷弯曲强度试验方法，在25℃温度条件下测得的三点弯曲强度为530MPa。
将上述制得的含有M55J碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 10700-2006，精细陶瓷弹性模量试验方法-弯曲法，在25℃温度条件下的弹性模量为430GPa。
将上述制得的含有M55J碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷利用单边切口梁法测得在25℃温度条件下的断裂韧性为3.5MPa·m1/2。
将上述制得的含有M55J碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷采用GB/T 16534-1996，工程陶瓷维氏硬度试验方法，在25℃温度条件下的维氏硬度为35GPa。

Claims (3)

1.一种制备复合防弹陶瓷材料的方法，其特征在于包括有下列步骤：
第一步：增强体材料的准备
先将增强体材料——碳纤维剪切至3～10mm，然后放入高速粉碎机中粉碎1～5min后，制得0.1～1mm长度的短纤维；
第二步：粉碎制预混料
将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎1～5min后，制得粒径30～150μm的预混料；
其中碳化硼含有70～97重量份，短纤维含有3～30重量份；
第三步：压制预成型体
将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在30～50MPa的压力条件下制得预成型体；
第四步：热压烧结防弹陶瓷
将经第三步制得的预成型体放入热压炉内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；
热压烧结工艺参数：烧结温度为1950～2000℃、压力为30～40MPa、烧结时间20～30min。
2.根据权利要求1所述的制备复合防弹陶瓷材料的方法，其特征在于：碳纤维是T700碳纤维、M40碳纤维或者M55J碳纤维。
3.根据权利要求1所述的制备复合防弹陶瓷材料的方法，其特征在于：制得的复合防弹陶瓷材料的密度为2.30～2.48g/cm3；在18～25℃温度条件下的维氏硬度为24～38GPa，弯曲强度为420～600MPa，弹性模量为400～460GPa，断裂韧性为2.8～4.1MPa·m1/2。
CN2007101791749A 2007-12-11 2007-12-11 一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN101234901B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101791749A CN101234901B (zh) 2007-12-11 2007-12-11 一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101791749A CN101234901B (zh) 2007-12-11 2007-12-11 一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101234901A CN101234901A (zh) 2008-08-06
CN101234901B true CN101234901B (zh) 2010-06-02

Family

ID=39918844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007101791749A Expired - Fee Related CN101234901B (zh) 2007-12-11 2007-12-11 一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101234901B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103058698B (zh) * 2013-01-31 2014-12-03 常熟佳合高级陶瓷材料有限公司 一种壳-核结构的碳化硼/碳纤维复合陶瓷及其制备方法
CN104370562A (zh) * 2014-10-14 2015-02-25 荣成复合材料有限公司 一种碳陶复合材料及其制造的防爆板
CN105948774B (zh) * 2016-04-13 2020-06-26 南通大学 一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法
CN105906361B (zh) * 2016-04-13 2020-03-27 南通大学 一种碳或碳复合防弹材料的制备方法
CN108911773A (zh) * 2018-06-20 2018-11-30 浙江立泰复合材料股份有限公司 一种碳化硅纤维增强碳化硼陶瓷材料的制备方法
CN111892402A (zh) * 2019-05-05 2020-11-06 中南大学 一种碳纤维布增强碳化硼复合材料及其制备方法和应用
CN110078516A (zh) * 2019-05-14 2019-08-02 西北工业大学 高体积分数短纤维增强准各向同性SiCf/SiC复合材料的制备方法
CN111423238A (zh) * 2020-04-17 2020-07-17 辽宁伊菲科技股份有限公司 一种防弹复合陶瓷的制备方法
CN112390649A (zh) * 2020-11-09 2021-02-23 镇江华核装备有限公司 一种复合纤维增强碳化硼陶瓷板制备方法
CN116802168A (zh) * 2021-01-26 2023-09-22 三菱电机株式会社 复合陶瓷材料和复合陶瓷材料的制造方法
CN114166068B (zh) * 2021-12-08 2024-02-06 中国人民解放军93114部队 用于关节部位防护的防爆材料、排爆服和用途

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平6-87672A 1994.03.29
JP特开平8-198691A 1996.08.06
JP特开平8-91933A 1996.04.09
R.Jimbou等.New composite composed of boron carbide and carbonfiberwith high thermal conductivity for first wall.Journal of Nuclear Materals233-237.1996,233-237781-786. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101234901A (zh) 2008-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101234901B (zh) 一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法
CN108640687B (zh) 一种碳化硼/碳化硅复相陶瓷及其制备方法
CN101456737B (zh) 一种碳化硼基复合陶瓷及其制备方法
CN102219536B (zh) 一种B4C/SiC晶须/SiC复相陶瓷基复合材料及其制备方法
CN100586896C (zh) 氧化铝－碳氮化钛－钛镍复合材料及其制备方法
CN103979972B (zh) 一种热压烧结碳化硼防弹材料及其制备方法
CN103204693A (zh) 一种短切碳纤维/碳化硅复合材料的制备方法
CN101555137A (zh) (TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料及其制备方法
CN107117981B (zh) 一种层状Ti/B4C复合材料及其制备方法
CN112592184B (zh) 一种超轻质碳化硼防弹陶瓷及其制备方法和应用
CN108383527A (zh) 一种石墨烯/碳化硼陶瓷复合材料的制备方法
CN103508734A (zh) 一种防弹碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备方法
CN1830899B (zh) 一种碳化硼稀土复合陶瓷材料的制备方法
CN108007273A (zh) 一种碳化硼-钛合金复合装甲的制备方法
CN101948312A (zh) 一种碳化硅防弹陶瓷
CN104593657A (zh) 一种碳化硼基复合材料及其制备方法
US9975814B2 (en) Fiber-reinforced silicon carbide composite materials, method for producing the fiber-reinforced silicon carbide composite materials, and uses of the fiber-reinforced silicon carbide composite materials
CN103979970A (zh) 一种高韧性无压烧结碳化硼防弹材料及其制备方法
CN105483487B (zh) 一种含锆的碳化硼‑铝合金复合材料及其制备方法
CN111892414A (zh) 一种短碳纤维增强碳化硼复合材料及其制备方法
CN103938023A (zh) 一种原位自生钛铝碳强韧化TiAl3金属间化合物及其制备方法
CN105543609B (zh) 一种含锆的碳化硼基复合材料及其制备方法
CN109354504A (zh) 一种碳化硼基复合陶瓷烧结助剂及烧结工艺
CN1046317C (zh) 金属陶瓷制造技术
CN105481365A (zh) 一种高致密化碳化钛陶瓷的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100602

Termination date: 20101211