[发明专利]一种碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷的制备方法

说明书

本发明提供一种碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷的制备方法，分别先制备碳化硅晶须增韧陶瓷粉体薄层预制体和金属薄层预制体，然后将两者进行交替叠层，然后经真空热压烧结制备得到。本发明在陶瓷层中添加了碳化硅晶须，有效解决了陶瓷层脆性大的问题；高活性金属粉体薄层预制体与陶瓷层原位反应烧结，形成梯度结构，缓解了热应力，提高了材料的韧性；所制备的碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷在动态载荷作用下具有较优异的能量吸收能力和结构完整性，从而具有优异的抗冲击能力。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷的制备方法，属于层状陶瓷技术领域。

背景技术

金属材料具有易加工、高塑性等优点，因此其被广泛用于装甲材料；但由于现代武器的动能及速度大幅提高，金属装甲在动态载荷作用下，易发生较大变形且在局部小区域产生远高于其熔点的高温而使其软化失效，因此金属基抗冲击材料难以满足当今抗高速高能冲击的要求。

陶瓷材料具有高硬度、耐高温、不易变形等优点，可被用作耐高速高能冲击材料；但其脆性大、缺陷容忍性低，在高速高能冲击过程中易失效，难以满足抵抗多次冲击。中国专利文献CN107778019A公开了一种制备碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：将碳化硅晶须、分散介质和分散剂混合配制成分散液，然后再过滤并对碳化硅晶须进行干燥；过筛处理；将陶瓷粉体、粘结剂和碳化硅晶须混合；在SLS成型设备上成型；将陶瓷素坯进行冷等静压处理、脱脂处理、烧结，即得到碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料。该发明通过添加碳化硅晶须使陶瓷材料室温抗弯强度和断裂韧性提高，但该发明所制备的陶瓷为单相陶瓷，吸能方式单一，抗冲击性能依然欠佳。此外，为降低抗冲击材料密度，纤维增韧树脂基抗冲击材料被应用于直升机、运输机等对质量较为敏感的环境中。随新技术及新材料的出现，连续纤维增韧陶瓷基复合材料的动态性能也被考核，以期能制备一种具有耐高温、高硬度、低密度等优点的新型抗冲击材料，然而在材料吸能和完整性方面，仍需要进一步提高。

为结合上述金属和陶瓷材料的优点并克服其缺点，科学家制备了金属和陶瓷的复合抗冲击材料，提高了材料的抗冲击性能；但在动态载荷作用下，能量吸收能力依然有限，不能有效保持结构的完整，抗冲击能力依然欠佳，抵抗多次冲击的能力有限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷的制备方法。本发明分别先制备碳化硅晶须增韧陶瓷粉体薄层预制体和金属薄层预制体，然后将两者进行反复叠层至要求厚度后，经热压烧结制备得到。本发明在陶瓷层中添加了碳化硅晶须，有效解决了陶瓷层脆性大的问题；高活性金属粉体薄层预制体与陶瓷层原位反应烧结，形成梯度结构，缓解了热应力，提高了材料的韧性；所制备的碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷在动态载荷作用下具有较优异的能量吸收能力和结构完整性，从而具有优异的抗冲击能力。

本发明的技术方案如下：

一种碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷的制备方法，包括步骤：

(1)将碳化硅晶须、陶瓷粉体、烧结助剂、粘接剂a、分散剂a、消泡剂a、增塑剂a和溶剂a经球磨混合均匀，得到碳化硅晶须增韧陶瓷粉体浆料；然后通过流延法制备得到硬质碳化硅晶须增韧陶瓷粉体薄层预制体；

(2)将金属粉体、溶剂b、分散剂b、消泡剂b、增塑剂b和粘结剂b经球磨混合均匀得到金属粉体浆料；然后通过流延法或压制工艺制备得到软质金属薄层预制体；

(3)将硬质碳化硅晶须增韧陶瓷粉体薄层预制体与软质金属薄层预制体进行交替叠层；然后经真空热压烧结制得碳化硅晶须增韧软/硬层状陶瓷。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述碳化硅晶须为β碳化硅晶须，长度为15-20μm，直径为1-2μm，纯度＞99％；优选的，所述碳化硅晶须长度为18μm，直径为1.5μm。

根据本发明，步骤(1)中所述碳化硅晶须可市购获得。