[发明专利]一种复合防弹陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防护材料及其制备方法，更特别地说，是指一种采用碳纤维增强碳化硼的复合防弹陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料具有高硬度和低密度的特点，是优良的防护(如抗弹)材料之一。在当前使用的防弹陶瓷中，碳化硼防弹陶瓷具有密度最低，硬度最高，是较理想的装甲陶瓷。尤其是在航空装甲及防弹衣等以减重为首要前提的装甲系统中，碳化硼防弹陶瓷被优先选用。

公开号CN1803714A中公开了一种“碳化硼基复合防弹陶瓷及其制备方法”，该碳化硼基复合防弹陶瓷由碳化硼粉体、碳化硅晶须、硅粉和硼化物组成，制备方法中通过采用无水乙醇为介质，球磨混合，真空干燥制得混合粉末，然后在1700～2000℃温度下和30～40MPa压力下热压烧结而成。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低密度、高强度、高韧性的碳纤维增强碳化硼防弹陶瓷复合材料，该复合防弹陶瓷材料以碳化硼为基体，碳纤维为增强体，采用高速粉碎混料、模压制预成型体、热压烧结制防弹陶瓷件。

本发明复合防弹陶瓷材料由70～97重量份的碳化硼和3～30重量份的碳纤维组成。该复合防弹陶瓷材料的密度为2.30～2.48g/cm³；在18～25℃温度条件下的维氏硬度为24～38GPa，弯曲强度为420～600MPa，弹性模量为400～460GPa，断裂韧性为2.8～4.1MPa·m^1/2。碳纤维是T700碳纤维、M40碳纤维或者M55J碳纤维。

本发明碳纤维增强碳化硼防弹陶瓷复合材料的优点：(1)通过添加碳纤维提高了碳化硼陶瓷的强度和韧性；(2)通过添加碳纤维降低了碳化硼陶瓷的密度；(3)通过添加碳纤维提高了碳化硼陶瓷的防弹性能，当其用作装甲时，可有效减轻装甲重量。

附图说明

图1是本发明复合防弹陶瓷材料的弯曲强度测试的载荷-位移曲线。

图2是本发明复合防弹陶瓷材料的微观形貌的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明复合防弹陶瓷材料由70～97重量份的碳化硼和3～30重量份的碳纤维组成。该复合防弹陶瓷材料的密度为2.30～2.48g/cm³；在18～25℃温度条件下的维氏硬度为24～38GPa，弯曲强度为420～600MPa，弹性模量为400～460GPa，断裂韧性为2.8～4.1MPa·m^1/2。

一种制备具有低密度、高强度、高韧性的碳纤维增强碳化硼防弹陶瓷复合材料的方法，其有如下制备步骤：

第一步：增强体材料的准备

先将增强体材料——碳纤维剪切至3～10mm，然后放入高速粉碎机中粉碎1～5min后，制得0.1～1mm长度的短纤维；

第二步：粉碎制预混料

将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎1～5min后，制得粒径30～150μm的预混料；

第三步：压制预成型体

将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在30～50MPa的压力条件下制得预成型体；

第四步：热压烧结防弹陶瓷

将经第三步制得的预成型体放入热压炉内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；

热压烧结工艺参数：烧结温度为1950～2000℃、压力为30～40MPa、烧结时间20～30min。

实施例1：T700碳纤维增强碳化硼的防弹陶瓷

复合防弹陶瓷材料由90重量份的碳化硼和10重量份的T700碳纤维组成。

第一步：增强体材料的准备

先将增强体材料——T700碳纤维剪切至10mm，然后放入高速粉碎机(北京市永光明医疗仪器厂生产的FW-135型粉碎机)中粉碎3min后，制得95％以上T700碳纤维长度在0.6mm为佳，即得到短纤维；

第二步：粉碎制预混料

将经第一步制得的短纤维与碳化硼放入高速粉碎机中粉碎3min后，制得粒径50～80μm的预混料；

第三步：压制预成型体

将经第二步制得的预混料放入钢制模具中，在50MPa的压力条件下制得预成型体；

第四步：热压烧结防弹陶瓷

将经第三步制得的预成型体放入热压炉(上海晨华电炉有限公司生产的ZT-40-20Y型真空热压炉)内，在氩气保护气氛中，调节热压烧结工艺参数，制得防弹陶瓷；

热压烧结工艺参数：烧结温度为1990℃、压力为30MPa、烧结时间30min。