[发明专利]一种超轻质碳化硼防弹陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及防弹陶瓷领域，具体公开了一种超轻质碳化硼防弹陶瓷及其制备方法和应用。一种超轻质碳化硼防弹陶瓷包括主要由以下重量百分比的原料组成：超细B₄C粉50‑90wt%，超细CaB₆粉5‑40wt%，有机碳源1‑15wt%，粘结剂0‑5wt%，分散剂0.1‑2wt%；其制备方法为：将原料按重量称取后投入混料设备中，制成浆料并喷雾干燥得到造粒料，干式模压成型得到素坯，经过无氧高温脱脂和真空无压烧结，冷却后得到超轻质碳化硼防弹陶瓷。本申请的超轻质碳化硼防弹陶瓷可用于军事领域，其具有提升无压碳化硼陶瓷的防护性能的优点；另外，本申请的制备方法具有降低生产成本的优点。

技术领域

本申请涉及防弹陶瓷领域，更具体地说，它涉及一种超轻质碳化硼防弹陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代武器装备的快速发展，对装备和人员的杀伤力越来越高，因为矛与盾的关系，广泛应用于军事装备和人员防护的防弹陶瓷材料也面临着升级的紧迫要求。如何在保障军事装备和人员机动性的基础上寻求更好的防护能力，轻质和高防弹性能是陶瓷防弹材料的必由之路，也是现代军事装备的迫切需求。

碳化硼(B₄C)陶瓷具有轻质、高硬度、高强度等特点，被公认为新一代的防弹陶瓷材料，在美国为代表的发达国家的军事装备和人员防护中已经得到了广泛应用。碳化硼防弹陶瓷的制备工艺主要有三类：热压烧结、无压烧结和反应烧结。热压烧结制备的碳化硼陶瓷机械性能好、防弹性能优异，但是生产效率低，产能小，成本高昂，实际装备量极少。无压烧结碳化硼成本低，适于大批量生产，但机械性能和防弹性能略低，实测防弹性能不稳定，往往难以通过军方多批次严苛的性能考核，因此也未能实现批量列装。反应烧结碳化硼陶瓷的机械性能和防护性能较差，只能适用于较低防护级别的装备和场合。

针对上述相关技术，发明人认为通过采用改进后的无压烧结工艺制得的碳化硼陶瓷，其防护性能有明显提升。

发明内容

为了提升采用无压烧结制得的碳化硼陶瓷的防护性能，本申请提供一种超轻质碳化硼防弹陶瓷及其制备方法和应用。

本申请提供的一种超轻质碳化硼防弹陶瓷及其制备方法和应用采用如下的技术方案：第一方面，本申请提供一种超轻质碳化硼防弹陶瓷，采用如下的技术方案：

一种超轻质碳化硼防弹陶瓷，所述超轻质碳化硼防弹陶瓷主要由以下重量百分比的原料组成：超细B₄C粉50-90wt％，超细CaB₆粉5-40wt％，超细TiC粉0-10wt％，有机碳源1-15wt％，粘结剂0-5wt％，分散剂0.1-2wt％。

通过采用上述技术方案，由于采用软硬质结合的微观结构，以B₄C为高硬度基体，CaB₆为相对较软的弱结合相。当受到弹击时，在高能冲击波的作用下，陶瓷体内的相对弱结合相发生崩溃，冲击波能量被快速分散到弹击点周边更大范围内，高硬质B₄C基体出现粉化碎裂现象，最大程度吸收和化解冲击波能量。同时弹击点粉化碎裂的高硬度B₄C颗粒根本来不及飞散出去，仍在阻挡弹头前进，并会侵入弹头，导致弹头破裂变形甚至碎裂，进一步分化弹头能量。因此，获得更好的防弹效果。

B₄C的理论密度为2.52g/cm³，CaB₆的理论密度相比B₄C的理论密度更低，只有2.33g/cm³，CaB₆的硬度比B₄C略低。将CaB₆与B₄C进行复合，复合后B₄C颗粒之间形成较弱的结合相，得到超轻质的高性能碳化硼防弹陶瓷，比相关技术中的碳化硼陶瓷更具轻量化优势。

优选的，所述原料还包括超细TiC粉0-10wt％。