[发明专利]一种正六角形碳化硼陶瓷片

说明书

技术领域

本发明属于防弹陶瓷领域，具体涉及一种正六角形碳化硼陶瓷片。

背景技术

随着科技的快速发展，战场上面临的威胁越来越大，使得防弹装甲材料日益朝着高硬度、高强度、高韧性、低密度的方向发展。传统金属防弹材料由于密度大，使得车辆、船舶和飞机不得不牺牲其有效载荷，同时过厚的装甲又降低了设备的操作灵活性，因此，轻质防弹材料已经成为目前的研究热点和发展趋势。陶瓷材料具有强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、密度低等优良的性能，以及吸能效应、磨损效应、动力学效应等有益于发挥陶瓷材料的抗弹能力，这些特性是金属材料、高分子材料及其复合材料所不具备的。其中B₄C陶瓷具有比重轻（2.52g/cm³）、硬度高（～36GPa）、弹性模量大（～45GPa），以及良好的化学稳定性等优异性能，是现代轻质高效防弹装甲首选的抗弹陶瓷，已在美、英等先进国家的士兵防护、军机防护、车辆防护等领域得到广泛的应用。钛合金具有优良的硬度和韧度，其密度也低于装甲钢，尽管密度仅是装甲钢的60%，但其强度可与均质钢媲美，韧度也要优于大多数铝合金装甲，综合防护性能比同等重量的均质钢装甲优越30%-40%。

B₄C的熔点高达2350℃，纯B₄C材料因其高共价键含量和低自扩散系数，烧结性较差，通常可以通过添加烧结助剂促进其烧结。另外，B₄C陶瓷的低韧性严重影响其抗弹性能。因此可以采取成分及结构复合的方式来提高B₄C陶瓷的韧性。目前B₄C陶瓷的制备主要是热压烧结、无压烧结、反应烧结三种工艺。其中热压烧结是制备高性能碳化硼陶瓷的主要方法，一般用细碳化硼粉末在2100℃即可得到相对密度大于98%的碳化硼制品。目前，制备大尺寸陶瓷装甲仍然面临较大的困难。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种正六角形碳化硼陶瓷片，其特征在于：所述碳化硼陶瓷片由碳化硼陶瓷材料热压而成，所述碳化硼陶瓷材料包括碳化硼陶瓷基体和石墨烯，所述石墨烯分散在碳化硼陶瓷基体中；所述碳化硼陶瓷片呈正六角形，且陶瓷片表面呈弧形。

作为优选，所述碳化硼陶瓷片背部向上凸设有环形陶瓷。

作为优选，所述环形陶瓷与碳化硼陶瓷片一体成型。

作为优选，所述石墨烯的质量分数占碳化硼陶瓷基体的1%～5%。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

石墨烯是二维材料，可通过表面改性和修饰，显著降低石墨烯层片之间的相互吸引力而避免团聚, 在一些液体介质中有很好的分散性和稳定性，从而可以制备稳定分散的石墨烯溶液，将其与陶瓷基体浆料混合，可得到植入效果良好的石墨烯-陶瓷混合原料，石墨烯是通过钉扎陶瓷界面、诱导裂纹偏转、分叉以及裂纹桥联、石墨烯断裂和拔出吸能等机制起到强化韧化作用。为了提高碳化硼的韧性，本公司采用自主开发的石墨烯增韧热压碳化硼技术，将石墨烯均匀分散在碳化硼粉末中，之后采用热压烧结，获得了性能优良的碳化硼陶瓷材料。正六角形陶瓷片的设计有利于陶瓷片的合理排布和紧密结合，以及相互约束，有利于制备大尺寸的防弹装甲。陶瓷背面凸起的的环形陶瓷使钛合金对陶瓷的约束更牢固，提高其抗多发弹性能。

附图说明

图1为本发明提供的造粒机的结构示意图；

图2为本发明提供的陶瓷片的俯视图；

图3为本发明提供的陶瓷片的侧视图；

图4为本发明提供的碳化硼钛合金复合装甲的俯视图；

图5为本发明提供的碳化硼钛合金复合装甲的剖视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步说明。

实施例1 碳化硼陶瓷片的制备

步骤1） 原料粉末：选用平均粒径为3-5 um的碳化硼粉末作为原料，添加3%-4%的石墨粉作为烧结助剂，石墨粉的平均粒径为1-2 um；

步骤2） 配制石墨烯溶液：配制1-2 wt%的石墨烯水溶液或者酒精溶液，加入N-甲基吡咯烷酮为分散剂，超声分散10-20 h，获得石墨烯均匀分散的溶液；其中石墨烯的片径＞1um，层数＜10层，石墨烯的添加量占碳化硼粉末的1-5 wt%；

步骤3） 将步骤1）中的得到的粉末和步骤2）中得到的石墨烯溶液加入球磨机中球磨8-10h，球磨机转速为30-50rpm，球料比2：1；