CN101555142B - 纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，属于特种陶瓷技术领域，包括配料、成型和烧成，其特征在于基础配料重量百分组成为：粒径小于2.5um的α-Al2O3粉98-98.5％、过325目筛的高岭土0.8-1.3％和过325目筛的烧滑石0.5-1.0％，以上述配料为基数，还需要外加3-8％的粒度在10-30纳米纳米级碳化硅；采用注凝成型方法；烧成制度：烧成温度1650-1700℃，保温时间3-5小时。成本低，质量好，利于规模化生产。

Description

纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，属于特种陶瓷技术领域。
背景技术
防弹陶瓷主要应用于作战时个人和战车、飞机和直升机的关键部分以及地雷爆炸等的防护。目前作为防弹材料主要有氧化铝、氧化锆增韧氧化铝、碳化硅、氮化硅以及碳化硅晶须、碳化钛晶须复合增韧氧化铝。防弹材料最大的优点是重量轻，而氧化锆增韧防弹陶瓷减轻重量不明显，其防弹效果和99氧化铝防弹陶瓷相比提高不大，在市场上逐渐被淘汰；碳化硅防弹陶瓷材料脆性问题很难解决，只能承受一弹，无法达到三级以上的防弹要求；氮化硅防弹陶瓷性能优越，但是氮化硅防弹陶瓷材料制造成本太高，同时由于氮化硅防弹陶瓷材料目前基本上只能用热压、热等静压烧结，规模化工业化生产很难实现；氧化铝防弹陶瓷的研究基本成熟，但防弹效果明显不如纳米碳化硅增韧防弹陶瓷，其材料本身性能比纳米碳化硅增韧防弹陶瓷差很多。采用晶须增韧和纳米增韧效果相似，但纳米增韧使用纳米碳化硅的加入量比晶须增韧碳化硅晶须的加入量要少得多，制造成本要低得多。同时成型整片防弹陶瓷材料是发展趋势，由于小片拼接，接点缺陷无法解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，成本低，质量好，利于规模化生产。
本发明所述的纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，包括配料、成型和烧成，其基础配料重量百分组成为：
粒径小于2.5um的α-Al2O3粉     98-98.5％
过325目筛的高岭土             0.8-1.3％
过325目筛的烧滑石             0.5-1.0％
以上述配料为基数，还需要外加3-8％的粒度在10-30纳米纳米级碳化硅；
成型方法：采用注凝成型方法；
烧成制度：烧成温度1650-1700℃，保温时间3-5小时。
本发明中：
注凝成型的预混液重量组成为：
丙烯酰胺                  30-35％
N，N′-亚甲基双丙烯酰胺   2.0-2.5％
聚丙烯酸铵                1.0-2.0％
余量的水。
预混液的适宜加入量为所有配料物料总重量的10-20％。
加入预混液后球磨混合16-25小时即可得到均匀分散的初始料浆。
将初始料浆放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空，直到真空度达-0.1MPa，保持20-35分钟，再加入所有配料总重量0.1-0.25％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺作为催化剂，在-0.1MPa的真空条件下充分搅拌均匀，再加入重量浓度为8-15％的过硫酸铵溶液0.01-0.10％作为引发剂，继续搅拌直到均匀分散于初始料浆中得到成型料浆。
将成型料浆注入防弹陶瓷板的模腔中，固化20-35分钟脱模得坯体，将坯烘干后装炉烧成。
本发明采用了纳米碳化硅-氧化铝复合的方式，使防弹陶瓷的硬度、断裂韧性等大幅提高；采用注凝成型工艺，能直接生产大片产品，并且内部结构均匀一致，无论子弹打到哪个部位效果都是一样的，产品安全性能好。获得的产品性能指标如下：
维氏硬度：＞14Gpa
抗弯强度：420Mpa
弹性模量：350Mpa。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述的纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，首先按照下列重量组成混合配制预混液：
丙烯酰胺                    30％
N，N′-亚甲基双丙烯酰胺     2.5％
聚丙烯酸铵                  1.5％
余量的水。
再按以下重量百分比称取原料：粒径小于2.5um的α-Al2O3粉98％、过325目筛的高岭土1.3％，过325目筛的烧滑石0.7％，外加6％的10-30nm纳米碳化硅粉，最后按所有配料重量的18％加入预混液，入磨混合18小时制得初始料浆。
将初始料浆放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空，直到真空度达-0.1MPa，保持35分钟，再加入所有配料总重量0.2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺作为催化剂，在-0.1MPa的真空条件下充分搅拌均匀，再加入重量浓度为10％的过硫酸铵溶液0.01％作为引发剂，继续搅拌直到均匀分散于初始料浆中得到成型料浆。
成型方法：将成型料浆注入防弹陶瓷板的模腔中，固化25分钟脱模得坯体。
将坯烘干后装炉烧成。
烧成制度：烧成温度1650-1680℃，保温时间4小时。
获得的产品性能为：维氏硬度15.8Gpa，抗弯强度480Mpa，弹性模量360Mpa。
实施例2
本发明所述的纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，首先按照下列重量组成混合配制预混液：
丙烯酰胺                     32％
N，N′-亚甲基双丙烯酰胺      2％
聚丙烯酸铵                   1％
余量的水。
再按以下重量百分比称取原料：粒径小于2.5um的α-Al2O3粉98.5％、过325目筛的高岭土1％，过325目筛的烧滑石0.5％，外加4％的10-30nm纳米碳化硅粉，最后按所有配料重量的15％加入预混液，入磨混合16小时制得初始料浆。
将初始料浆放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空，直到真空度达-0.1MPa，保持30分钟，再加入所有配料总重量0.15％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺作为催化剂，在-0.1MPa的真空条件下充分搅拌均匀，再加入重量浓度为12％的过硫酸铵溶液0.08％作为引发剂，继续搅拌直到均匀分散于初始料浆中得到成型料浆。
成型方法：将成型料浆注入防弹陶瓷板的模腔中，固化28分钟脱模得坯体。
将坯烘干后装炉烧成。
烧成制度：烧成温度1660-1700℃，保温时间3.5小时。
获得的产品性能为：维氏硬度16.5Gpa，抗弯强度482Mpa，弹性模量370Mpa。
实施例3
本发明所述的纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，首先按照下列重量组成混合配制预混液：
丙烯酰胺                       34％
N，N′-亚甲基双丙烯酰胺        2.5％
聚丙烯酸铵                     1.5％
余量的水。
再按以下重量百分比称取原料：粒径小于2.5um的α-Al2O3粉98.2％、过325目筛的高岭土1.2％，过325目筛的烧滑石0.6％，外加4％的10-30nm纳米碳化硅粉，最后按所有配料重量的16％加入预混液，入磨混合16小时制得初始料浆。
将初始料浆放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空，直到真空度达-0.1MPa，保持35分钟，再加入所有配料总重量0.18％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺作为催化剂，在-0.1MPa的真空条件下充分搅拌均匀，再加入重量浓度为10％的过硫酸铵溶液0.05％作为引发剂，继续搅拌直到均匀分散于初始料浆中得到成型料浆。
成型方法：将成型料浆注入防弹陶瓷板的模腔中，固化22分钟脱模得坯体。
将坯烘干后装炉烧成。
烧成制度：烧成温度1670-1700℃，保温时间3小时。
获得的产品性能为：维氏硬度18Gpa，抗弯强度482Mpa，弹性模量380Mpa。

Claims (1)

1.一种纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法，包括配料、成型和烧成，其特征在于基础配料重量百分组成为：
粒径小于2.5um的α-Al2O3粉   98-98.5％
过325目筛的高岭土            0.8-1.3％
过325目筛的烧滑石            0.5-1.0％
以上述配料为基数，还需要外加3-8％的粒度在10-30纳米纳米级碳化硅；
成型方法：采用注凝成型方法；
注凝成型的预混液重量组成为：
丙烯酰胺                    30-35％
N，N′-亚甲基双丙烯酰胺     2-2.5％
聚丙烯酸铵                  1.0-2.0％
余量的水；
预混液的加入量为所有配料物料总重量的10-20％；
加入预混液后球磨混合16-25小时得到均匀分散的初始料浆；
将初始料浆放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空，直到真空度达-0.1MPa，保持20-35分钟，再加入所有配料总重量0.1-0.25％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺作为催化剂，在-0.1MPa的真空条件下充分搅拌均匀，再加入重量浓度为8-15％的过硫酸铵溶液0.01-0.10％作为引发剂，继续搅拌直到均匀分散于初始料浆中得到成型料浆；
将成型料浆注入防弹陶瓷板的模腔中，固化20-35分钟脱模得坯体；
将坯烘干后装炉烧成；
烧成制度：烧成温度1650-1700℃，保温时间3-5小时。
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