[发明专利]一种短切纤维增强碳化硼陶瓷片材及其制备方法、应用

说明书

本发明公开一种短切纤维增强碳化硼陶瓷片材及其制备方法、应用，该制备方法采用水溶性的聚丙烯酰胺或羟甲基纤维素钠为分散剂，分别单独分散短切纤维和碳化硼粉，再将短切纤维和碳化硼粉的分散液混合搅拌，形成含短切纤维和碳化硼粉的混合浆料，将混合浆料浇注到底面平整的容器中，然后采用震动方式使浆料铺展、干燥后得到短切纤维增强碳化硼陶瓷片材。该制备方法能够保持短切纤维在最终材料中长度的完整性，以确保增强增韧效果。

技术领域

本发明涉及陶瓷片材技术领域，尤其是一种短切纤维增强碳化硼陶瓷片材及其制备方法、应用。

背景技术

碳化硼具有密度低，模量高，硬度高，使其成为军事装甲和空间领域应用的主要材料。单相碳化硼陶瓷断裂韧性低，抗外部冲击载荷性能较差，限制了防弹性能的发挥。碳纤维具有耐高温、低密度、高强度等综合性能，作为增强纤维制备的碳化硼复合材料，与碳化硼单向陶瓷相比，具有高强度、高韧性、高硬度以及很好的抗冲击性能等，可提高防弹材料抗多发打击能力，提高防弹板的防弹性能。

现有短纤维增强碳化硼陶瓷材料多采用的工艺是将短切碳纤维和碳化硼粉体及相应的分散剂混合球磨后，采用热压或反应烧结的工艺制备，制备的复合材料中短切碳纤维由于球磨、热压等工艺纤维损伤较大，复合材料中纤维保留长度仅50～250微米，显著降低了其增强增韧效果。

发明内容

本发明提供一种短切纤维增强碳化硼陶瓷片材及其制备方法、应用，用于克服现有技术中纤维长度被破坏导致增强增韧效果差等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种短切纤维增强碳化硼陶瓷片材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：按质量比1:50～1:100称取短切纤维和混合溶液Ⅰ，混匀，得到浆料A；所述混合溶液Ⅰ为0.5～2％的聚丙烯酰胺水溶液或羟甲基纤维素钠水溶液；这两种分散剂可溶于水，经济环保；此外，这两种分散剂低浓度的水溶液即具有较高的粘度，能够很好的分散纤维，且长时间不容易沉降。但溶液浓度太低时，粘度相应降低，纤维容易沉降；浓度太高，粘度较大，纤维分散效果差，容易出现团聚。

S2：按质量比1:5～1:10称取碳化硼粉和混合溶液Ⅱ，混匀，得到浆料B；所述混合溶液Ⅱ为0.5～2％的聚丙烯酰胺水溶液或羟甲基纤维素钠水溶液；这两种分散剂可溶于水，经济环保，此外，这两种分散剂低浓度的水溶液即具有较高的粘度，能够很好的分散粉体，且长时间不容易沉降。但溶液浓度太低时，粘度相应降低，纤维容易沉降；浓度太高，粘度较大，纤维分散效果差，容易出现团聚。

S3：将所述浆料A和浆料B混合，搅拌，得到混合浆料；

S4：将所述混合浆料倒入底面平整的容器中，再将容器放置于震动台上，震动10～30min使混合浆料均匀铺展在容器底部；

S5：将容器放到烘箱中60～80℃低温干燥4～8h，再继续升温至120～150℃干燥2～4h，得到短切纤维增强碳化硼陶瓷片材_，通过控制单位面积浆料质量来控制片材的厚度为0.5-2mm。

优选地，在步骤S1中，所述短切纤维为碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维中的一种。

优选地，在步骤S1中，所述短切纤维的长度为1～6mm。

优选地，在步骤S1中，所述混匀具体为：采用机械搅拌同时加超声震动的混合方式，机械搅拌转速600-1000rpm，超声震动的频率为25-40KHz，，时间为30～120min。

优选地，在步骤S2中，所述碳化硼粉的粒径为1～5微米。

优选地，在步骤S2中，所述混匀方式具体为：采用机械搅拌的同时加超声震动的混合方式，机械搅拌转速600-1000rpm，超声震动的频率为25-40KHz，时间为30～60min。

优选地，在步骤S3中，所述搅拌的转速600-1000rpm，时间为10～60min。