CN104671790A - 一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅68-88、聚乙烯醇缩丁醛1-3、短切碳纤维预分散体11-15、氮化铝4-6、微晶石蜡0.5-1、陶土粉6-7、碳化硼3-4、石墨粉2-3、烧结助剂2-4、去离子水80-100；本发明添加的短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求，添加的氮化铝具有热导率高、膨胀系数低、强度高、耐高温和耐化学腐蚀的性能，增加了陶瓷的致密性能，本发明的碳化硅复合陶瓷具有优良的性能，断裂韧性好，作为防弹板用具有广泛的应用前景。

Description

一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
背景技术
    碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、弹道性能好、价格较低，而被广泛用于防弹装甲中，如车辆、舰船的防护以及民用保险柜、运钞车等的防护中，特别适合于防护用量大且防护装甲不能过厚、过重的地方。但由于碳化硅陶瓷的断裂韧性值低，在使用过程中极易发生碎裂现象，抗多次打击的性能较差，严重影响了防弹装置的防护效果，迫切的需要研制出一种防弹效果好、不易断裂的防弹板。 一般防弹板的形状多变、复杂且体积较大，本发明采用注浆成型的工艺制备碳化硅陶瓷整体防弹板，注浆成型的技术工艺对陶瓷的体积要求不严格，不拘泥于生产量的大小，投产容易。
发明内容
本发明的目的是提供一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅68-88、聚乙烯醇缩丁醛1-3、短切碳纤维预分散体11-15、氮化铝4-6、微晶石蜡0.5-1、陶土粉6-7、碳化硼3-4、石墨粉2-3、烧结助剂2-4、去离子水80-100；
所述烧结助剂是由10-15重量份的氧化铝、8-12重量份的硼化锆、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亚甲基双丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在10-15MPa下压制成胚料，然后于600-800°C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
本发明所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在1-3mm，在500-600°C下低温氧化1-2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散10-20分钟，再加入碳纤维0.3-0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散1-2小时即可。
本发明所述一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、氮化铝、陶土粉、碳化硼和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨2-3小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以300-400转/分的转速进行湿法混合，混合1-2小时；
（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至100-200转/分，继续球磨1-2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；
（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以20-25°C/min升温至1600-1700°C，恒温保持3-5小时，试样随炉冷却即可得到。
本发明的优点是：本发明添加的短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求，添加的氮化铝具有热导率高、膨胀系数低、强度高、耐高温和耐化学腐蚀的性能，增加了陶瓷的致密性能，本发明的碳化硅复合陶瓷具有优良的性能，断裂韧性好，作为防弹板用具有广泛的应用前景。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
    一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅82、聚乙烯醇缩丁醛3、短切碳纤维预分散体13、氮化铝6、微晶石蜡0.6、陶土粉6、碳化硼4、石墨粉3、烧结助剂4、去离子水95；
所述烧结助剂是由15重量份的氧化铝、8重量份的硼化锆、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亚甲基双丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在12MPa下压制成胚料，然后于700°C下干燥粉碎成200目粉末即可。
本发明所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在3mm，在600°C下低温氧化2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散20分钟，再加入碳纤维0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散2小时即可。
本发明所述一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、氮化铝、陶土粉、碳化硼和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨2小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以400转/分的转速进行湿法混合，混合1小时；
（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至200转/分，继续球磨2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温50分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；
（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以25°C/min升温至1700°C，恒温保持4小时，试样随炉冷却即可得到。
本实施例中陶瓷的性能指标结果如下：
硬度（GPa）：37.8；
弹性模量（GPa）：360；
抗折强度（MPa）：240；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：5.11；
热膨胀系数（10-5/K）：2.3；
热传导率（W/mK）：100。

Claims (3)

1.一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅68-88、聚乙烯醇缩丁醛1-3、短切碳纤维预分散体11-15、氮化铝4-6、微晶石蜡0.5-1、陶土粉6-7、碳化硼3-4、石墨粉2-3、烧结助剂2-4、去离子水80-100；
所述的烧结助剂是由10-15重量份的氧化铝、8-12重量份的硼化锆、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亚甲基双丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在10-15MPa下压制成胚料，然后于600-800°C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
2.根据权利要求1所述一种短纤维增强碳化硅密封环陶瓷件及其制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在1-3mm，在500-600°C下低温氧化1-2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散10-20分钟，再加入碳纤维0.3-0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散1-2小时即可。
3.根据权利要求1所述一种防弹板用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、氮化铝、陶土粉、碳化硼和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨2-3小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以300-400转/分的转速进行湿法混合，混合1-2小时；
（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至100-200转/分，继续球磨1-2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；
（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以20-25°C/min升温至1600-1700°C，恒温保持3-5小时，试样随炉冷却即可得到。
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