[发明专利]一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法与装置。本发明通过调节组分(以低灰分的光敏树脂体系和光引发剂为载体)，以及后续制浆、成型和后处理的步骤(采用三次排胶技术，加强脱脂排胶过程，控制烧结体中的碳质含量)，获得了梯度功能的碳化硼基复相陶瓷，实现了材料异性的兼容，达到材料功能的最大化；同时实现简单空间线性分布，以满足各种工况的需求。本发明的3D打印装置基于光固化成型技术(SLA)，近终成型、个性化强，通过三个浆料桶来实现三梯度给料，从而制得具有三层结构的碳化硼基复相陶瓷。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法与装置。

背景技术

近年来，碳化硼陶瓷以其优秀的理化性能，已经成为装甲防护家族中的佼佼者，现阶段对碳化硼陶瓷的研究多局限于成分的设计，即通过加入少量的增强相，来克服碳化硼本身烧结致密性不强以及韧性较差的缺点，而对于碳化硼陶瓷的结构设计却少之又少，这多归因于材料的性能矛盾性。

以防弹插板为例，多曲迎弹面靠破碎来吸收初始动能，因此要求曲面的硬度、强度足够高；而背弹面则更希望其具备较高的韧性，可以分担后续PE板处理剩余动能的压力，从而减少背凸，提升陶瓷整体的防护能力。但是，上述功能不能仅依靠单一的成分组成以及烧结制度来实现。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法与装置。

作为本发明的第一目的，提供一种碳化硼基复相陶瓷；所述碳化硼基复相陶瓷具有梯度功能。

具体而言，所述碳化硼基复相陶瓷包括依次层叠设置的加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层；上述三层结构具备不同功能，从而实现陶瓷的梯度功能；

其中，所述加强增硬层包括加强增硬粉料，以所述加强增硬粉料的总质量计，所述加强增硬粉料包括如下质量百分含量的组分：

所述中硬中韧缓冲层包括中硬中韧缓冲粉料，以所述中硬中韧缓冲粉料的总质量计，所述中硬中韧缓冲粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体 85～95wt％

SiC 5～10wt％

Al₂O₃粉体 2～5wt％；

所述加强增韧层包括加强增韧粉料，以所述加强增韧粉料的总质量计，所述加强增韧粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体 85～95wt％

CeO₂粉体 3～7wt％

Al₂O₃粉体 2～5wt％。

本发明发现，通过将碳化硼基复相陶瓷设置为三层结构，并针对每一层结构的成分进行调控，可实现碳化硼基复相陶瓷硬度和韧性的兼顾。具体地，加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层均以碳化硼粉体为主体，同时分别添加特定的烧结二相，并通过控制添加量，使碳化硼基复相陶瓷即具备良好的硬度，又具备良好的韧性。如此，使得单体材料同时兼顾多种优异性能成为可能。

进一步地，上述加强增硬粉料在后续的烧结过程中，能够与有机物中残碳原位合成高硬度Ti₃AlC₂(约40.9GPa左右)，然而Ti₃AlC₂的相对密度较轻使其不能均匀分布在基体中；本发明发现，纯Ni粉可以帮助弥散相对密度较轻的Ti₃AlC₂，从而使其均匀分布于碳化硼基体中。