CN1226234C - 碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造方法 - Google Patents

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碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造方法，它涉及一种碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造工艺。本发明各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末占70～92，Al-Y系添加剂占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0。所述碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1。陶瓷防弹板的制造方法：首先，按常规方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合成形，然后将压坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次。升温烧结，升温的速率为5～30℃/min，升温到1750～2050℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。本发明断裂韧性提高，比现有技术提高10～50%，同时降低成本20～40%。抗弯强度提高了30%左右，使材料的防弹性能提高。

Description

碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造方法
技术领域：本发明涉及一种碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造工艺。
背景技术：在轻质防弹装置中广泛使用高硬度陶瓷材料制作防弹装置的硬质面板，以满足防弹要求。常用材料有氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝、碳化硅、碳化硼、硼化钛陶瓷等。上述材料中，由于碳化硅和碳化硼陶瓷密度低，同时具有较高硬度和优良的防弹性能，广泛用于轻质防弹结构中。但由于碳化硅和碳化硼陶瓷的断裂韧性值低，在使用过程中极易发生碎裂现象，特别是上述陶瓷材料抗多次打击的性能较差，严重影响了防弹装置的防护效果，在车辆、舰船等刚性基板的防弹装置中尤为严重。为避免上述现象的发生，常采用硬度相对较低、韧性较好的氮化铝、氮化硅、氧化锆或硼化钛陶瓷。但由于上述陶瓷材料的硬度低，密度大，作为轻质防弹装甲的硬质面板必然导致防弹装置单位面积密度的增加。为避免上述问题，需要一种硬度高、韧性好的材料，以满足防弹装置对抗多次打击的要求，特别是车辆、舰船等刚性基板的防弹装置对防弹板性能的需求。
发明内容：本发明为解决目前陶瓷防弹板所存在的韧性差、易破碎、抗多次打击性能差的问题，提供了一种碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造方法。其目的是这样实现的：碳化物陶瓷防弹板材料，它由碳化硅和碳化硼粉末、Al-Y系添加剂和任选一种的CeO2或La2O3组成，各成分质量百分比分别为：碳化硅和碳化硼粉末占70～92，Al-Y系添加剂占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0。所述碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1。陶瓷防弹板的制造方法：首先，按常规方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合成形，然后将压坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次。升温烧结，升温的速率为5～30℃/min，升温到1750～2050℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。本发明与现有技术相比具有如下优点：1，断裂韧性提高，比现有技术提高10～50％，同时降低成本20～40％。2，抗弯强度提高了30％左右，由于强度和断裂韧性的提高，使材料的防弹性能提高。3，由于可根据实际使用情况调节各种材料的配合比例，改变单位面积的密度和防弹性能，使防弹板的综合性能更好地满足了各种条件的使用要求，提高了防弹板使用的可靠性，在陶瓷防弹板的制造方法中，提高了烧结温度这一必要工艺条件，保证了陶瓷防弹板各项技术指标的提高。
具体实施方式一：本实施方式由碳化硅和碳化硼粉末、Al-Y系添加剂和任选一种的CeO2或La2O3组成，各成分质量百分比分别为：碳化硅和碳化硼粉末占70～92，碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1。Al-Y系添加剂占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0。陶瓷防弹板的制造方法是：首先，按常规方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合成形，然后将压坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次，升温烧结，升温的速率为5～30℃/min，升温到1750～2050℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。
具体实施方式二：本实施方式中碳化硼粉末含84～92％，碳化硅粉末含5～8％，Al-Y系添加剂为2～8％，CeO2或La2O3为0.5～1.0％。碳化硅和碳化硼粉末的粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y系添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的粒径为0.63.0微米，纯度为95～99.9％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入常规量的酒精或丙酮作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干，破碎，加入质量百分浓度比为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥，破碎，过60～80目筛。进行冷等静压成形，成形压力为250～350MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。升温速率为0.5～5℃/分钟。在1870℃时保温240～480分钟。得到烧结体的主要性能指标为：密度2.54g/cm3；硬度HV2720；四点抗弯强度650MPa；断裂韧性KIC7.9MPam1/2。较热压烧结碳化硼防弹板，成本降低60％，而弹道性能提高，其结果见表一。
具体实施方式三：本实施方式中碳化硼粉末含6％，碳化硅粉末含87.5％，Al-Y系添加剂为6％，CeO2或La2O3为0.5％。碳化硅粉末为α相，粉末平均粒径为0.5微米，纯度大于96％。碳化硼粉末的粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y系添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的粒径为0.6～3.0微米，纯度为97～99.9％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入常规量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干，破碎，加入质量百分浓度比为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥，破碎，过60～80目筛。在钢模中冷压成形，成形压力为300～350MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。升温速率为5℃/分钟。在1870℃时保温300分钟。得到烧结体的主要性能指标为：密度3.17g/cm3；硬度HV2530；四点抗弯强度520MPa；断裂韧性KIC6.2MPam1/2。与无压烧结的碳化硅防弹板的弹道性能的对比见表一。
                      弹道性能对比表
    硬度HV     强度MPa   断裂韧性MPam1/2   VSL(V50)m/s   弹道质量效率(Em)
无压烧结碳化硅 2420 420 4.2 972 4.2
无压烧结碳化硼 2740 320 3.4 1231 4.9
实例二     2720     650     7.9     1652     5.67
实例三     2530     520     6.2     1473     5.31
注：防弹板的厚度均为8mm。弹型为7.62mm，APM2。

Claims (9)

1、碳化物陶瓷防弹板材料，其特征在于它由碳化硅和碳化硼粉末、Al-Y系添加剂和任选一种的CeO2或La2O3组成，各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末占70～92，Al-Y系添加剂占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0，碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1。
2、根据权利要求1所述的碳化物陶瓷防弹板材料，其特征在于Al-Y系添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末。
3、根据权利要求1所述的碳化物陶瓷防弹板材料，其特征在于碳化硅粉末为α相，粉末平均粒径为0.5微米，纯度大于96％。
4、根据权利要求1所述的碳化物陶瓷防弹板材料，其特征在于碳化硼粉末的粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。
5、一种用权利要求1、2、3或4所述的材料制造陶瓷防弹板的方法，其特征在于首先，按常规方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合成形，然后将压坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次，升温烧结，升温的速率为5～30℃/min，升温到1750～2050℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。
6、根据权利要求5所述的陶瓷防弹板的制造方法，其特征在于将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入常规量的酒精或丙酮作为混合助剂，球磨机的料球为碳化硼瓷球，上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干，破碎，加入质量百分浓度比为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥，破碎，过60～80目筛，进行冷等静压成形，成形压力为250～350MPa。
7、根据权利要求6所述的陶瓷防弹板的制造方法，其特征在于在钢模中冷压成形，成形压力为300～350MPa。
8、根据权利要求5所述的陶瓷防弹板的制造方法，其特征在于烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。
9、根据权利要求5所述的陶瓷防弹板的制造方法，其特征在于升温速率为5℃/分钟。
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