CN105948774A - 一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：第一步，防弹材料预制件的制备；第二步，防弹材料预制件的复合成型；第三步，防弹材料预制件的高温烧结；第四步，防弹材料的反复浸渍、高温烧结；第五步，防弹材料的原位烧结；第六步，待防弹材料自然冷却后，取出，并对防弹材料进行后处理。该方法制备的防弹材料具有轻质、高强、高硬度、压缩强度高、防弹等级高、防多发弹性能好等诸多特点，可用于超高速钢芯弹、穿甲弹的防护。

Description

一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高性能纤维技术处理与生产技术领域，尤其涉及一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法。
背景技术
目前，防弹材料主要分为三种类型，即软质防弹材料、半硬质防弹材料、硬质防弹材料。软质防弹材料主要是高性能纤维(芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等)为原料制备的纤维增强复合材料，主要用于防护低速的子弹(500m/s左右的弹速，子弹类型以铅芯弹为主)。半硬质防弹材料一般的结构是采用硬质材料(特种钢、陶瓷板等)与高性能纤维增强复合材料复合使用，主要用于防护较高速的子弹(600m/s左右的弹速，子弹类型以钢芯弹为主)。硬质防弹材料则主要以硬质材料(特种钢、陶瓷板等)为主，主要用于防护高速、高能量子弹(700m/s左右的弹速，子弹类型以钢芯弹等为主)。
研究发现，目前我国在超高弹速(超过800m/s的弹速，子弹类型包括钢芯弹、穿甲弹等)防弹材料的研发方面进展不是很好。出现的主要问题包括：防弹材料易被击穿；陶瓷板脆性大、受弹击易碎裂；防弹材料面密度偏大等。
因此，需要提供一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法来解决上述问题。
发明内容
为了解决该问题，本发明公开了一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法，该方法制备的防弹材料具有轻质、高强、高硬度、压缩强度高、防弹等级高、防多发弹性能好等诸多特点，可用于超高速钢芯弹、穿甲弹的防护。一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
第一步，防弹材料预制件的制备：以碳纤维为原料，采用机织工艺制备防弹材料预制件(机织布)；并采用缝合方式对多层(30～60层)防弹材料预制件进行缝合处理，备用；(1)采用机织结构，有利于提高防弹复合材料中纤维体积含量，增强材料的综合性能；(2)采用缝合结构防弹材料预制件，有利于增强防弹材料的抗冲击性能、防多发弹性能、抗压缩性能等；
第二步，防弹材料预制件的复合成型：以酚醛树脂为基体，采用高压(0.1～2MPa)浸渍工艺，将酚醛树脂与缝合的防弹材料预制件进行高压浸渍复合成型，浸渍时间10～60min，并采用钢质耐高压密封容器。
第三步，防弹材料预制件的高温烧结：将浸渍酚醛树脂基体的防弹材料预制件放入高温烧结炉进行高压(20～30MPa)、高温(600～1200℃)烧结，增强材料的硬度和致密性；其中烧结时间分为升温时间(16～20h)、保温时间(1～1.5h)。
第四步，防弹材料反复浸渍、高温烧结：依次重复第二步、第三步工艺10～12次，使C/C防弹材料进一步硬化、致密化。
第五步，防弹材料的原位烧结：将上述防弹材料放置在高温烧结炉中，在惰性气体保护下，往高温烧结炉中通入CH4、C2H2等含碳质高的气源，对上述防弹材料进行进一步高温(800～1500℃)原位烧结，烧结时间100～240h，使其硬度、致密性符合防弹材料要求(密度1.6～2.0g/cm3)。
第六步，待防弹材料自然冷却后，取出，并对防弹材料进行后处理。主要包括防弹材料成品制样、光洁化处理、称重等。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
结合以下详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
无。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
以下对本发明的实施例做出详细描述。
一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
第一步，防弹材料预制件的制备：以碳纤维为原料，采用机织工艺制备防弹材料预制件(机织布)；并采用缝合方式对多层(30～60层)防弹材料预制件进行缝合处理，备用；(1)采用机织结构，有利于提高防弹复合材料中纤维体积含量，增强材料的综合性能；(2)采用缝合结构防弹材料预制件，有利于增强防弹材料的抗冲击性能、防多发弹性能、抗压缩性能等。
第二步，防弹材料预制件的复合成型：以酚醛树脂为基体，采用高压(0.1～2MPa)浸渍工艺，将酚醛树脂与缝合的防弹材料预制件进行高压浸渍复合成型，浸渍时间10～60min、浸渍温度为室温，并采用钢质耐高压密封容器。
第三步，防弹材料预制件的高温烧结：将浸渍酚醛树脂基体的防弹材料预制件放入高温烧结炉进行高压(20～30MPa)、高温(600～1200℃)烧结，增强材料的硬度和致密性；其中烧结时间分为升温时间(16～20h)、保温时间(1～1.5h)。
第四步，防弹材料反复浸渍、高温烧结：依次重复第二步、第三步工艺10～12次，使C/C防弹材料进一步硬化、致密化。
第五步，防弹材料的原位烧结：将上述防弹材料放置在高温烧结炉中，在惰性气体保护下，往高温烧结炉中通入CH4、C2H2等含碳质高的气源，对上述防弹材料进行进一步高温(800～1500℃)原位烧结，烧结时间100～240h，使其硬度、致密性符合防弹材料要求(密度1.6～2.0g/cm3)。
第六步，待防弹材料自然冷却后，取出，并对防弹材料进行后处理。主要包括防弹材料成品制样、光洁化处理、称重等。
本实施例的有益效果为：
本实施例具有轻质、高强、高硬度、压缩强度高、防弹等级高、防多发弹性能好等诸多特点，可用于超高速钢芯弹、穿甲弹的防护。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (1)

1.一种超硬质碳/碳防弹材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
第一步，防弹材料预制件的制备：以碳纤维为原料，采用机织工艺制备防弹材料预制件(机织布)；并采用缝合方式对多层(30～60层)防弹材料预制件进行缝合处理，备用；
第二步，防弹材料预制件的复合成型：以酚醛树脂为基体，采用高压(0.1～2MPa)浸渍工艺，将酚醛树脂与缝合的防弹材料预制件进行高压浸渍复合成型，浸渍时间10～60min，并采用钢质耐高压密封容器。
第三步，防弹材料预制件的高温烧结：将浸渍酚醛树脂基体的防弹材料预制件放入高温烧结炉进行高压(20～30MPa)、高温(600～1200℃)烧结，增强材料的硬度和致密性；其中烧结时间分为升温时间(16～20h)、保温时间(1～1.5h)。
第四步，防弹材料反复浸渍、高温烧结：依次重复第二步、第三步工艺10～12次，使C/C防弹材料进一步硬化、致密化。
第五步，防弹材料的原位烧结：将上述防弹材料放置在高温烧结炉中，在惰性气体保护下，往高温烧结炉中通入CH4、C2H2等含碳质高的气源，对上述防弹材料进行进一步高温(800～1500℃)原位烧结，烧结时间100～240h，使其硬度、致密性符合防弹材料要求(密度1.6～2.0g/cm3)。
第六步，待防弹材料自然冷却后，取出，并对防弹材料进行后处理。
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