[发明专利]一种二硼化钛/碳化硅复合防弹材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种二硼化钛/碳化硅复合防弹材料及其制备方法、应用，由以下质量百分比的原料组成：二硼化钛粉20‑80wt.％，碳化硅粉20‑80wt.％，碳粉0.5‑15wt.％，硅粉0.5‑35wt.％，分散剂0.5‑3.0wt.％，粘结剂1‑10wt.％，各组分质量百分比之和为100％。本发明通过引入硅作为液相，既降低了烧结温度，又促进了物质在液相中迁移和输运，提高了致密度，提高了密度的均匀性。解决了二硼化钛/碳化硅复合陶瓷材料，特别是大厚度防弹板致密度低、密度均匀性差的问题。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种二硼化钛/碳化硅复合防弹材料及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

现代战争中，防弹材料是军事武器的关键技术之一。高性能防弹材料对于提高战斗人员和战斗武器的战场生存能力具有重要意义。在众多的防弹材料中，陶瓷材料以其密度低、硬度大、抗冲击性能好等优点，成为制作高性能防弹装具的理想材料。

目前常用的陶瓷防弹材料，主要氧化铝、碳化硼、碳化硅、二硼化钛等陶瓷及其复合材料。氧化铝陶瓷虽然成本低，但是整体防弹性能较差，其应用已越来越少。碳化硼陶瓷在极高的速度和压力作用下(如在较高动能的弹药冲击下)，其晶体结构会发生相变崩溃，出现削弱抗弹性能的非晶化现象，并且生产成本非常高，在大厚度装甲防弹陶瓷的应用上受到了限制。二硼化钛陶瓷具有硬度大、弹道质量因素大等优点，美国Ceradyne和Cercom已成功地将二硼化钛陶瓷应用于M2IFV改型步兵战车上，防弹性能大大提高。但二硼化钛陶瓷烧结难度非常大，难以制备高致密度的材料，而且密度大、成本高。碳化硅陶瓷具有密度小(比二硼化钛低约28％)、硬度高、耐冲击性好、成本低等优点，但是其弹道质量因素低(比二硼化钛低约25％)，抵抗高速重弹的性能不如二硼化钛。

用二硼化钛与碳化硅制备复合防弹陶瓷，有望在获得优异的防弹性能的同时，降低体积密度，减少装甲重量，同时降低成本。但是，目前在制备厚度较大(大于20mm)的防弹板时，仍然存在以下难题：一是由于二硼化钛陶瓷的扩散系数低，很难获得高的致密度，而致密度降低会导致防弹性能变差；二是产品体积密度分布不均匀，这会降低防弹陶瓷的可靠性。上述问题的存在，制约了二硼化钛/碳化硅复合防弹材料的产业化应用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种二硼化钛/碳化硅复合防弹材料及其制备方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种二硼化钛/碳化硅复合防弹材料，由以下质量百分比的原料组成：二硼化钛粉20-80wt.％，碳化硅粉20-80wt.％，碳粉0.5-15wt.％，硅粉0.5-35wt.％，分散剂0.5-3.0wt.％，粘结剂1-10wt.％，各组分质量百分比之和为100％。

本发明通过引入硅作为液相，既降低了烧结温度，又促进了物质在液相中迁移和输运，提高了致密度，提高了密度的均匀性。解决了二硼化钛/碳化硅复合陶瓷材料，特别是大厚度防弹板致密度低、密度均匀性差的问题。

本发明的第二个方面，提供了一种二硼化钛/碳化硅复合防弹材料的制备方法，包括：

将二硼化钛粉、碳化硅粉、硅粉、碳粉、树脂、分散剂和粘结剂按比例称量，然后加水球磨，制得陶瓷浆料；

将所述陶瓷浆料喷雾造粒，预压成型，以获得坯体；

将所述坯体烘干、热压烧结，制得二硼化钛/碳化硅陶瓷材料。

本发明通过引入硅、碳以及有机粘结剂裂解产生的碳，利用硅与碳在高温下原位反应生成的碳化硅，将二硼化钛陶瓷微粉与碳化硅陶瓷微粉结合起来，提高复合陶瓷材料的结合强度，解决纯二硼化钛/碳化硅复合材料强度偏低的难题。