[发明专利]陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备

说明书

本发明涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备。陶瓷复合材料采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种；陶瓷生坯的原料包括陶瓷主料、短切碳纤维及粘结剂；其中，按照质量百分数计，陶瓷主料包括以下组分：60％～90％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、1％～10％碳化硼粉体及1％～10％烧结助剂；短切碳纤维的质量为氮化硅粉体、碳化硅粉体和碳化硼粉体的总质量的0.5％～4％。陶瓷复合材料兼具优异的抗弯强度、韧性和硬度。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，特别是涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备。

背景技术

陶瓷材料具有优异的综合性能，包括高比刚度、高强度和良好的化学惰性，同时，陶瓷材料还具有低密度、高硬度和高抗压强度的优势。陶瓷材料优异的性能使其在装甲防护系统上的应用具有非常大的潜力，己被广泛应用于制备防弹衣和装甲车辆等装甲防护装备。

传统技术中，应用于制备装甲防护装备的陶瓷材料为具有抗弹性能的结构陶瓷。按照制备原料分类，具有抗弹性能的结构陶瓷大致可以分为氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等几大类，其中，只有部分结构陶瓷的性能符合制备装甲防护装备的要求，主要有B₄C、SiC、Al₂O₃和Si₃N₄这几类。然而，传统的结构陶瓷的断裂韧性较低、抗弯强度较低且密度大，导致其抗多发打击性能较弱。随着新式穿甲、破甲装备的发展，传统的结构陶瓷已不能满足装甲防护装备的防弹要求。技术人员通过采用小块陶瓷拼装的方式组合拼接成防弹板，弹相比于一体成型的整体式陶瓷防弹板，拼接成的防弹板厚度要增加20％～30％，增加了整体重量的同时，其拼接处也成为防弹的薄弱区域，这使得装甲防护材料面临着极大的挑战。

因此，现有技术仍有待发展。

发明内容

基于此，本发明提供了一种具有较高的韧性、抗弯强度及硬度的陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备。

本发明的技术方案如下。

本发明一方面，提供了一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料采用陶瓷生坯经渗透烧结制得，所述渗透烧结所用的渗透材料为硅、纯金属、金属合金和硅合金中的至少一种；

所述陶瓷生坯的原料包括陶瓷主料、短切碳纤维及粘结剂；

其中，按照质量百分数计，所述陶瓷主料包括以下组分：60％～90％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、1％～10％碳化硼粉体及1％～10％烧结助剂；

所述短切碳纤维的质量为所述氮化硅粉体、所述碳化硅粉体和所述碳化硼粉体的总质量的0.5％～4％。

在其中一些实施例中，所述陶瓷主料包括以下组分：70％～85％氮化硅粉体、5％～30％碳化硅粉体、2％～10％碳化硼粉体及4％～10％烧结助剂；和/或

所述短切碳纤维的质量为所述氮化硅粉体、所述碳化硅粉体和所述碳化硼粉体的总质量的1.2％～4％。

在其中一些实施例中，所述渗透烧结所用的渗透材料选自硅锆合金、硅钛合金、硅铪合金和硅钼合金中的至少一种；和/或

所述陶瓷生坯的密度为1.5g/cm³～2.0g/cm³。

在其中一些实施例中，所述粘结剂的质量为所述陶瓷主料的质量的0.5％～1.5％。

本发明的另一方面，提供一种陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将上述的陶瓷复合材料的所述陶瓷生坯的原料混合制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；

将所述造粒粉制成陶瓷生坯，再采用所述渗透材料进行渗透烧结，得到陶瓷材料。