[发明专利]一种大厚度轻质叠层装甲陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大厚度轻质叠层装甲陶瓷材料及制备方法。该轻质装甲陶瓷材料由B₄C/SiC硬质层和B₄C/SiC/BN软质层复合而成。其制备方法包括凝胶注模、浆料喷涂、压制成型、排胶、二次层压、热压烧结等工艺步骤。本发明的装甲陶瓷质量轻、厚度大、密度均匀、硬度高、断裂韧性高，在抗弹领域具有广阔的应用前景。该工艺能够制备出大厚度抗弹陶瓷，且生产效率高。

技术领域

本发明属于抗弹陶瓷技术领域，具体涉及一种大厚度轻质叠层装甲陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着反装甲武器技术的高速发展，武器装备的战场生存能力对装甲防护材料的性能提出了非常高的要求。装甲防护材料正朝着强韧化、轻量化和高效化的方向发展。

碳化硼(B₄C)陶瓷具有低密度、高硬度、高弹性模量等优异性能，是一种理想的轻质装甲材料。但其脆性大，断裂韧性低(2.2～3.0MPa·m^1/2)，易崩裂，无法满足高端工程需求，因此亟待开发高强、高韧B₄C陶瓷。传统的增韧方式主要有相变增韧、微裂纹增韧、纤维及晶须增韧、颗粒弥散增韧等。这些增韧方式的作用区域仅局限于几十微米的范围，对B₄C陶瓷的韧性提高非常有限。尽管增大陶瓷的厚度可以在一定程度上提高抗弹性能，但是大厚度抗弹陶瓷受制备工艺的限制，其表层和中心的密度差异较大，导致抗弹性能不理想。

发明内容

针对现有技术的不足，为了在保证在B₄C陶瓷硬度不降低的前提下提高其断裂韧性，本发明采用凝胶注模、浆料喷涂、压制成型、排胶、二次层压、热压烧结工艺制备一种大厚度的B₄C/SiC基轻质叠层装甲陶瓷。所制备的装甲陶瓷具有断裂韧性高、硬度高、抗弹性能好等优点。

本发明的B₄C/SiC基叠层装甲陶瓷材料，由B₄C/SiC硬质层和B₄C/SiC/BN软质层复合而成。B₄C/SiC硬质层和B₄C/SiC/BN软质层的厚度比为(30～10)：1。B₄C/SiC硬质层原料的质量百分比为70-85％B₄C粉、15-25％SiC粉、2-4％烧结助剂、1-3％炭黑。B₄C/SiC/BN软质层原料的质量百分比为20-35％B₄C粉、4-8％SiC粉、2-4％烧结助剂、1～3％炭黑、55-70％BN粉。烧结助剂指的是Al₂O₃-MgO-Y₂O₃复合粉体，其中Al₂O₃：MgO：Y₂O₃的质量比为33:37:30。

所述B₄C粉平均粒径为0.5微米，纯度≥96％；所述SiC粉平均粒径为0.5微米，纯度≥98％；所述BN粉为六方氮化硼，平均粒径为3微米，纯度≥98％；Al₂O₃、MgO和Y₂O₃的纯度≥98.5％。

本发明技术方案如下：

1、凝胶注模

按质量百分比称取70-85％B₄C粉、15-25％SiC粉、2-4％烧结助剂、1-3％炭黑，混合均匀，得到粉料A。向粉料A添加质量百分比的0.8-1.2％四甲基氢氧化铵、25-30％丙烯酸胺单体、1.5-2.5％N’N-亚甲基双丙烯酰胺、0.3-0.6％磷酸三丁酯、35-45％去离子水。球磨1-2小时，向浆料中添加3-5％过硫酸铵。真空搅拌5-8分钟，充分去除气泡。