CN113277863A

CN113277863A - 陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备

Info

Publication number: CN113277863A
Application number: CN202110680524.XA
Authority: CN
Inventors: 曾小锋; 肖亮; 朱福林; 李勇全; 陈巨喜
Original assignee: Hengyang Kaixin Special Materials Technology Co ltd
Current assignee: Hengyang Kaixin Special Materials Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2041-06-18
Also published as: CN113277863B

Abstract

本发明涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备。陶瓷复合材料采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种；陶瓷生坯的原料包括陶瓷主料、短切碳纤维及粘结剂；其中，按照质量百分数计，陶瓷主料包括以下组分：60％～90％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、1％～10％碳化硼粉体及1％～10％烧结助剂；短切碳纤维的质量为氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的0.5％～4％。陶瓷复合材料兼具优异的抗弯强度、韧性和硬度。

Description

陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，特别是涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备。

背景技术

陶瓷材料具有优异的综合性能，包括高比刚度、高强度和良好的化学惰性，同时，陶瓷材料还具有低密度、高硬度和高抗压强度的优势。陶瓷材料优异的性能使其在装甲防护系统上的应用具有非常大的潜力，己被广泛应用于制备防弹衣和装甲车辆等装甲防护装备。

传统技术中，应用于制备装甲防护装备的陶瓷材料为具有抗弹性能的结构陶瓷。按照制备原料分类，具有抗弹性能的结构陶瓷大致可以分为氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等几大类，其中，只有部分结构陶瓷的性能符合制备装甲防护装备的要求，主要有B₄C、SiC、Al₂O₃和Si₃N₄这几类。然而，传统的结构陶瓷的断裂韧性较低、抗弯强度较低且密度大，导致其抗多发打击性能较弱。随着新式穿甲、破甲装备的发展，传统的结构陶瓷已不能满足装甲防护装备的防弹要求。技术人员通过采用小块陶瓷拼装的方式组合拼接成防弹板，弹相比于一体成型的整体式陶瓷防弹板，拼接成的防弹板厚度要增加 20％～30％，增加了整体重量的同时，其拼接处也成为防弹的薄弱区域，这使得装甲防护材料面临着极大的挑战。

因此，现有技术仍有待发展。

发明内容

基于此，本发明提供了一种具有较高的韧性、抗弯强度及硬度的陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备。

本发明的技术方案如下。

本发明一方面，提供了一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，所述渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种；

所述陶瓷生坯的原料包括陶瓷主料、短切碳纤维及粘结剂；

其中，按照质量百分数计，所述陶瓷主料包括以下组分：60％～90％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、1％～10％碳化硼粉体及1％～10％烧结助剂；

所述短切碳纤维的质量为所述氮化硅粉体、所述碳化硅粉体和所述碳化硼粉体的总质量的0.5％～4％。

在其中一些实施例中，所述陶瓷主料包括以下组分：70％～85％氮化硅粉体、 5％～30％碳化硅粉体、2％～10％碳化硼粉体及4％～10％烧结助剂；和/或

所述短切碳纤维的质量为所述氮化硅粉体、所述碳化硅粉体和所述碳化硼粉体的总质量的1.2％～4％。

在其中一些实施例中，所述渗透烧结所用的渗透材料选自硅锆合金、硅钛合金、硅铪合金和硅钼合金中的至少一种；和/或

所述陶瓷生坯的密度为1.5g/cm³～2.0g/cm³。

在其中一些实施例中，所述粘结剂的质量为所述陶瓷主料的质量的 0.5％～1.5％。

本发明的另一方面，提供一种陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将上述的陶瓷复合材料的所述陶瓷生坯的原料混合制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；

将所述造粒粉制成陶瓷生坯，再采用所述渗透材料进行渗透烧结，得到陶瓷材料。

在其中一些实施例中，所述渗透烧结的步骤包括如下步骤：

于真空条件下，将所述陶瓷生坯置于所述渗透材料中，于1500℃～1800℃ 下渗透烧结2h～4h；和/或

所述将造粒粉制成陶瓷生坯的步骤采用干压成型，所述干压成型的压力为120MPa～200MPa。

在其中一些实施例中，所述将原料混合制浆的步骤包括如下步骤：

将所述陶瓷主料、所述粘结剂与溶剂混合，得到混合物；

将所述混合物与所述短切碳纤维混合，得到陶瓷复合浆料；和/或

所述陶瓷复合浆料的粘度为20mpa·s～60mpa·s。

本发明还提供了上述任一种陶瓷复合材料在制备防护制品中的应用。

进一步地，本发明还提供了一种防弹板，所述防弹板的材料为上述任一种陶瓷复合材料。

本发明还提供了一种装甲防护装备，所述装甲防护装备包括上述防弹板。

有益效果

上述陶瓷复合材料中，采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，陶瓷生坯的原料具有特定的组分及配比，渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种。采用特定配比的氮化硅粉体、短切碳纤维、碳化硅粉体、碳化硼粉体、烧结助剂及粘结剂制备陶瓷生坯，并控制氮化硅粉体、碳化粉体硅、粉体碳化硼的总质量与和短切碳纤维的质量之间的配比，可以使陶瓷复合材料兼具优异的抗弯强度、韧性和硬度，同时有效降低了密度；进一步经过渗透烧结，对陶瓷生坯增强增韧。该陶瓷复合材料应用于防护制品时，能提高防护制品的硬度、抗弹性能和抗弯曲性能，从而提高防护制品的防护性能。

进一步地，上述陶瓷复合材料中，渗透烧结的步骤采用的渗透材料为硅锆合金，将锆硅金属渗入短切碳纤维与其他粉体组分之间的空隙中，能更进一步改善短切碳纤维与其他粉体组分的结合强度，从而可以进一步提高陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性与硬度。

本发明进一步提供了一种防弹板，该防弹板的材料为上述任一种陶瓷复合材料，该防弹板的断裂韧性、抗弯强度及硬度高，其优异的断裂韧性可明显减少弹孔裂纹的延伸，抗多发弹击性能优异。且，由于短切碳纤维的增强增韧效果，可有缓解弹体对防弹板的冲击，从而进一步提高防弹板的防护性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中制得的陶瓷生坯的照片。

图2为本发明实施例1中制得的陶瓷材料制得的防弹插板进行防弹性能测试后的图片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施方式提供了一种陶瓷复合材料，陶瓷复合材料采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种；陶瓷生坯的原料包括陶瓷主料、短切碳纤维及粘结剂；

其中，按照质量百分数计，陶瓷主料包括以下组分：60％～90％氮化硅粉体、 5％～30％碳化硅粉体、1％～10％碳化硼粉体及1％～10％烧结助剂；

短切碳纤维的质量为氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的 0.5％～4％。

上述陶瓷复合材料中，采用特定配比的氮化硅粉体、短切碳纤维、碳化硅粉体、碳化硼粉体、烧结助剂及粘结剂制备陶瓷生坯，并控制氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量与和短切碳纤维的质量之间的配比，可以使陶瓷复合材料兼具优异的抗弯强度、韧性和硬度，并有效降低了密度，并经过渗透烧结，进一步增强增韧。该陶瓷复合材料应用于防护制品时，能提高防护制品的硬度、抗弹性能和抗弯曲性能，从而提高防护制品的防护性能。

优选地，按照质量百分数计，上述陶瓷主料包括以下组分：70％～85％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、2％～10％碳化硼粉体及4％～10％烧结助剂。

进一步优选地，短切碳纤维的质量为氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的1.2％～4％。

需要说明的是，金属合金是由两种及两种以上的金属形成的合金，包括但不限于：由锆、锌、铝、铜、镁、镉、铅、铪、钼及钛中的至少两种金属形成的合金；硅合金为硅与至少一种金属形成的合金，包括但不限于硅与锆、锌、铝、铜、镁、镉、铅、铪、钼及钛中的至少一种金属形成的合金。

纯金属包括但不限于：锆、锌、铝、铜、镁、镉、铅、铪、钼及钛。

硅合金是由硅及至少一种金属形成的合金。其中的金属不限于锆、锌、铝、铜、镁、镉、铅及钛中的至少一种。

优选地，上述渗透烧结所用的渗透材料选自硅合金。

在其中一些实施例中，上述渗透烧结所用的渗透材料选自硅锆合金、硅钛合金、硅铪合金和硅钼合金中的至少一种。

进一步优选地，上述渗透烧结所用的渗透材料为硅锆合金。

本发明的技术人员在进一步的研究过程中，发现采用锆硅合金对陶瓷生坯进行渗透烧结时，锆硅金属渗入短切碳纤维与其他粉体组分之间的空隙中后，能进一步改善短切碳纤维与其他粉体组分之间的结合强度，从而可以进一步提高陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性与硬度。

在其中一些实施例中，上述陶瓷生坯的密度为1.5g/cm³～2.0g/cm³。

在其中一些实施例中，上述稀土氧化物的粒度D50为0.5微米～3.0微米。

在其中一些实施例中，上述短切碳纤维的长度为1mm～100mm；进一步地，上述短切碳纤维的长度＜10mm。

在其中一些实施例中，上述短切碳纤维的长度为1mm～5mm。

在其中一些实施例中，上述氮化硅粉体的纯度>99.5％，其中α相氮化硅的质量含量>91％。

进一步地，上述氮化硅粉体的粒度D50为0.6μm～0.8μm。

在其中一些实施例中，碳化硼粉体的粒度D50为0.6μm～1.0μm。

在其中一些实施例中，碳化硅粉体的粒度D50为0.6μm～1.0μm。

在其中一些实施例中，上述烧结助剂包括稀土氧化物和碱金属氧化物。

进一步地，稀土氧化物和碱金属氧化物的质量比为(3～8):(2～7)。

可理解，上述稀土金属氧化物物中的稀土金属包括迄今为止已发现的稀土元素，包括元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系等17种元素。

在其中一些实施例中，上述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪中的至少一种。

碱金属氧化物中的碱金属包括但不限于：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)。

上述粘结剂可以是本领域内常用的各类粘结剂。在其中一些实施例中，上述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛和纤维素中的至少一种。

进一步地，粘结剂的质量为陶瓷主料的质量的0.5％～1.5％。

本发明一实施方式提供了一种陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤 S10～S30。

步骤S10、将上述陶瓷复合材料的陶瓷生坯的的原料混合制浆，再干燥造粒，得到造粒粉。

在其中一些实施例中，步骤S10中，将原料混合制浆的步骤包括如下步骤 S11～S12。

步骤S11、将陶瓷主料、粘结剂与溶剂混合，得到混合物。

步骤S12、将步骤S11获得的第一浆料与短切碳纤维混合，得到陶瓷复合浆料。

进一步地，上述陶瓷复合浆料的粘度为20mpa·s～60mpa·s。

在其中一个实施例中，步骤S11中，所用溶剂选自水或有机溶剂，进一步地，溶剂选自水、丙酮和无水乙醇中的至少一种。

需要说明的是，步骤S11中，所用溶剂的用量以所需陶瓷复合浆料的粘度为准。

在其中一个实施例中，步骤S11和/或步骤S12中，混合的步骤采用滚筒磨工艺或搅拌磨工艺，具体地，采用氮化硅球作为球磨介质，球磨介质的直径为3 毫米～5毫米。在其中一些实施例中，步骤S11中球磨的时间0.5小时～3小时；在其中一些实施例中，步骤S12中球磨的时间1小时～2小时。

采用上述球磨工艺，可以降低混合原料的粒度，并提高原料粒度的均一性，使材料的综合性能得到提高。

在其中一些实施例中，步骤S10的干燥造粒步骤采用喷雾干燥造粒工艺。具体地，喷雾干燥造粒的出风口的温度设置为90℃～110℃，进风口的温度设置为350℃～400℃；

进一步地，上述干燥造的步骤在喷雾干燥塔中进行，喷雾干燥塔的内径为2 米～3.5米，喷雾盘转速为8000转/min～12000转/min。

采用上述喷雾干燥造粒工艺，可增加成型粉粒度的均一性，使短切碳纤维在造粒粉中均匀分散。

在其中一些实施例中，造粒粉的粒度D50为60微米～80微米。

步骤S20、将步骤S10得到的造粒粉制成陶瓷生坯，再进行渗透烧结，得到陶瓷材料。

在其中一些实施例中，步骤S20中，将造粒粉制成陶瓷生坯的步骤采用干压成型，干压成型的压力为120MPa～200MPa。

在上述条件下对上述造粒粉进行干压，得到密度为1.5g/cm³～2.0g/cm³的陶瓷生坯。

需要说明的是，可以根据实际应用需求，将造粒粉制成具有各类形状的生坯。例如可根据防弹插板的弧面要求，制成具有弧面形状的生坯，可以是单曲面或多曲，从而得到具有弧面形状的陶瓷复合材料。也可压制成防弹装甲所需的平板，厚度可以根据面密度要求及抗弹要求在5.0mm～20.0mm之间调整。

在其中一些实施例中，步骤S20中，渗透烧结的步骤包括如下步骤：

于真空条件下，将陶瓷生坯置于上述渗透材料中，于1500℃～1800℃下渗透烧结2h～4h。

进一步地，上述渗透材料采用硅锆合金。

如此，将锆硅金属渗入短切碳纤维与其他粉体组分之间的空隙中，进一步改善短切碳纤维与其他粉体组分的结合强度，从而可以进一步提高陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性与硬度。

需要说明的是，在上述渗透烧结中，硅锆合金粉体的用量以能包裹住陶瓷生坯为准。

具体地，陶瓷生坯与硅锆合金粉体的质量比为(1～1.2):(2～3)。

进一步地，可根据实际应用的需要，对制得的陶瓷复合材料进行切割、抛光。

渗透材料采用硅锆合金，经过上述制备方法制得的陶瓷复合材料具有轻质 (密度2.8g/cm³～3.1g/cm³)、高抗弯强度(＞600MPa)、高韧性(＞6.5MPa·m^1/2)、高硬度(＞200018GPa)的特点。

本发明一实施方式还提供了上述任一种陶瓷复合材料在制备防护制品中的应用。

上述陶瓷复合材料应用于防护制品时，能提高防护制品的硬度、抗弹性能和抗弯曲性能，从而提高防护制品的防护性能。

上述防护制品包括但不限于装甲防护装备、汽车防弹板、防护门以及飞机的防弹舱门即挡板等。

进一步地，本发明一实施方式还提供了一种防弹板，上述防弹板的材料为上述任一种陶瓷复合材料。

该防弹板的断裂韧性、抗弯强度及硬度高，且轻质，其优异的断裂韧性可明显减少弹孔裂纹的延伸，抗多发弹击性能优异。且，由于短切碳纤维的增强增韧效果，可有缓解弹体对防弹板的冲击，从而进一步提高防弹板的防护性能。

本发明一实施方式还提供了一种装甲防护装备，该装甲防护装备包括上述防弹板。上述装甲防护装备包括但不限于装甲防护门、防弹头盔和防弹盾牌等。

采用上述陶瓷材料一体成型就能获得，断裂韧性、抗弯强度及硬度高，且轻质的防弹板。该防弹板可有效提高装甲防护装备的防护性能，同时降低装甲防护装备的重量，提装备的机动性，能满足新式装甲装备的防弹要求。

下面将结合具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于下述实施例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围，在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。

具体实施例

实施例1

1、按照质量百分数计，提供以下组分的陶瓷主料：70wt％氮化硅粉体、15wt％的碳化硅粉体、5wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂(氧化钇与氧化铝，两者的质量比为5:2)；将陶瓷主料混合，以乙醇作为球磨溶剂，并加入PVB作为粘结剂，用氮化硅球作为球磨介质，采用滚筒磨进行球磨，球磨时间为3小时，得到混合物。然后将占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量1％的短切碳纤维，采用滚筒磨进行球磨1h，得到黏度为40mPa·s的陶瓷浆料。其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；短切碳纤维的长度为2mm；粘结剂的质量为陶瓷主料质量的1.2％。

2、将步骤1获得的陶瓷浆料经喷雾干燥造粒，喷雾干燥时的进风口温度设置为380℃，出风口温度设置为105℃，喷雾塔内径2.5米，喷雾盘转速为8500 转/min，得到的造粒粉的粒度D50为60～80微米。

3、将步骤2制得的造粒粉于180MPa下进行干压成型，得到曲面的陶瓷生坯，陶瓷生坯的密度为1.65g/cm³。

4、将步骤3得到的陶瓷生坯埋入锆硅合金粉料里，在真空气氛下，于1650℃ 的温度下渗透烧结2小时，得到陶瓷复合材料，用作防弹板，密度为2.93g/cm³。

实施例2

步骤1与实施例1的步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括： 65wt％氮化硅粉体、20wt％的碳化硅粉体、5wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂；其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2)～4与实施例1的步骤2)～4基本相同，步骤3)制得陶瓷生坯的密度为1.75g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为2.96g/cm³。

实施例3

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括：60wt％氮化硅粉体、20wt％的碳化硅粉体、10wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂；短切碳纤维的质量占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的0.8％，其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2～4)与实施例1步骤2～4相同，步骤3制得陶瓷生坯的密度为 1.65g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为2.92g/cm³。

实施例4

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括：75wt％氮化硅粉体、10wt％的碳化硅粉体、5wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂，以水为溶剂；短切碳纤维的质量占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的2％，其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2)～4)与实施例1步骤2)～4相同，步骤3)制得陶瓷生坯的密度为 1.9g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为3.05/cm³。

实施例5

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括：80wt％氮化硅粉体、4wt％的碳化硅粉体、5wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂；短切碳纤维的质量占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的1.5％，其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2～4与实施例1步骤2～4相同，步骤3)制得陶瓷生坯的密度为 1.8g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为3.08g/cm³。

实施例6

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括：85wt％氮化硅粉体、5wt％的碳化硅粉体、2wt％的碳化硼粉体、8wt％烧结助剂；短切碳纤维的质量占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的2.3％，其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2)～4)与实施例1步骤2)～4相同，步骤3制得陶瓷生坯的密度为 1.65g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为3.10g/cm³。

实施例7

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括：85wt％氮化硅粉体、5wt％的碳化硅粉体、2wt％的碳化硼粉体、8wt％烧结助剂；短切碳纤维的质量占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的1.2％，其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2～4与实施例1步骤2～4相同，步骤3)制得陶瓷生坯的密度为 1.7g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为3.12g/cm³。

实施例8

实施例8与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤4)中进行：将烧结后的陶瓷生坯埋入硅粉料里，在真空气氛下，于1650℃的温度下渗透烧结2小时。得到的陶瓷复合材料的密度为3.03g/cm³。

其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。

对比例1

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：将短切碳纤维替换成相同质量的长碳纤维，长度为120-125mm。

其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。

对比例2

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：将短切碳纤维替换成相同质量的碳单质，具体为石墨粉。

其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。

对比例3

步骤1)与实施例1步骤1)基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料包括：70wt％氮化硅粉体、15wt％的碳化硅粉体、5wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂；短切碳纤维的质量占氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的5％，其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2～4与实施例1步骤2～4相同，步骤3制得陶瓷生坯的密度为 1.69g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为2.95g/cm³。

对比例4

步骤1与实施例1步骤1基本相同，不同之处仅在于：陶瓷主料：85wt％的碳化硅粉体、5wt％的碳化硼粉体、10wt％烧结助剂，短切碳纤维的质量占碳化硅粉体与碳化硼粉体总质量的1％。其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2～4与实施例1步骤2～4相同，步骤3制得陶瓷生坯的密度为 1.70g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为3.02/cm³。

对比例5

步骤1与实施例1步骤1)基本相同，陶瓷主料：75wt％的碳化硼粉体、15wt％的碳化硅粉体、10wt％烧结助剂，短切碳纤维的质量占碳化硅粉体与碳化硼粉体总质量的1％。其余条件与实施例1步骤1相同。

步骤2)～4与实施例1步骤2～4相同，步骤3)制得陶瓷生坯的密度为 1.70g/cm³；步骤4渗透烧结3小时，得到的陶瓷复合材料的密度为2.92/cm³。

对比例6

对比例6与实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤4中将步骤3得到的陶瓷生坯直接置于常压氮气条件下，于1650℃的温度下烧结2小时，得到陶瓷复合材料，用作防弹板，密度为2.89g/cm³。

其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。

实施例1～8及对比例1～6的原料配比如下表1所示。

表1

性能表征

1、对实施例1～8及对比例1～6制得的获得防板进行抗弯强度、断裂韧性和硬度的测试，分别参考标准GB/T 6569、标准GB/T 23806和标准GB/T 16534。

得到的测试结果如下表2所示。

表2

由表2中的测试结果可知，采用本发明的技术方案制得的陶瓷复合材料兼具优异的抗弯强度、韧性和硬度，相较于本发明的技术方案，对比例1～6的技术方案制得的陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性和硬度较低。其中，对比例1中采用长碳纤维时，长碳纤维易团聚，无法分散均匀，从而达到优异的增强效果，对比例4制得陶瓷材料的气孔率太高，抗弯强度、韧性和硬度较低。

2、防弹性能测试

(1)采用实施例1中制得的陶瓷材料与PE板复合，得到防弹插板，具体如下：

将实施例1中制得的陶瓷材料制成陶瓷板，将陶瓷板、PE板与凯夫拉纤维通过胶黏剂在热压罐中进行粘结复合，凯夫拉纤维位于陶瓷表面形成止裂层，热压的温度和压力分别为90-150℃、1.0～1.5MPa。

(2)参照标准GJB 4300对防弹衣进行防弹性能测试，结果表明：15米距离有效防3发弹速878±10ms的53式7.62毫米穿甲燃烧弹。测试后的弹孔情况如图2所示，凹陷深度均小于30mm。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，所述渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种；

所述陶瓷生坯的原料包括陶瓷主料、短切碳纤维及粘结剂；

2.如权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，按照质量百分数计，所述陶瓷主料包括以下组分：70％～85％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、2％～10％碳化硼粉体及4％～10％烧结助剂；和/或

3.如权利要求1～2任一项所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述渗透烧结所用的渗透材料选自硅锆合金、硅钛合金、硅铪合金和硅钼合金中的至少一种；和/或

所述陶瓷生坯的密度为1.5g/cm³～2.0g/cm³。

4.如权利要求1～2任一项所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述粘结剂的质量为所述陶瓷主料的质量的0.5％～1.5％。

5.一种陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将如权利要求1～4任一项所述的陶瓷复合材料的所述陶瓷生坯的原料混合制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；

6.如权利要求5所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述渗透烧结的步骤包括如下步骤：

于真空条件下，将所述陶瓷生坯置于所述渗透材料中，于1500℃～1800℃下渗透烧结2h～4h；和/或

7.如权利要求5～6任一项所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述将原料混合制浆的步骤包括如下步骤：

将所述陶瓷主料、所述粘结剂与溶剂混合，得到混合物；

所述陶瓷复合浆料的粘度为20mpa·s～60mpa·s。

8.如权利要求1～4任一项所述的陶瓷复合材料在制备防护制品中的应用。

9.一种防弹板，其特征在于，所述防弹板的材料为如权利要求1～4任一项所述的陶瓷复合材料。

10.一种装甲防护装备，其特征在于，所述装甲防护装备包括如权利要求9所述的防弹板。