專利名稱：碳化物陶瓷防彈板材料及其陶瓷防彈板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能碳化物陶瓷防彈板材料及其陶瓷防彈板的制造工藝。
背景技術(shù)：
在輕質(zhì)防彈裝置中廣泛使用高硬度陶瓷材料制作防彈裝置的硬質(zhì)面板，以滿足防彈要求。常用材料有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、氮化鋁、碳化硅、碳化硼、硼化鈦陶瓷等。上述材料中，由于碳化硅和碳化硼陶瓷密度低，同時(shí)具有較高硬度和優(yōu)良的防彈性能，廣泛用于輕質(zhì)防彈結(jié)構(gòu)中。但由于碳化硅和碳化硼陶瓷的斷裂韌性值低，在使用過程中極易發(fā)生碎裂現(xiàn)象，特別是上述陶瓷材料抗多次打擊的性能較差，嚴(yán)重影響了防彈裝置的防護(hù)效果，在車輛、艦船等剛性基板的防彈裝置中尤為嚴(yán)重。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，常采用硬度相對(duì)較低、韌性較好的氮化鋁、氮化硅、氧化鋯或硼化鈦陶瓷。但由于上述陶瓷材料的硬度低，密度大，作為輕質(zhì)防彈裝甲的硬質(zhì)面板必然導(dǎo)致防彈裝置單位面積密度的增加。為避免上述問題，需要一種硬度高、韌性好的材料，以滿足防彈裝置對(duì)抗多次打擊的要求，特別是車輛、艦船等剛性基板的防彈裝置對(duì)防彈板性能的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決目前陶瓷防彈板所存在的韌性差、易破碎、抗多次打擊性能差的問題，提供了一種碳化物陶瓷防彈板材料及其陶瓷防彈板的制造方法。其目的是這樣實(shí)現(xiàn)的碳化物陶瓷防彈板材料，它由碳化硅和碳化硼粉末、Al-Y系添加劑和任選一種的CeO2或La2O3組成，各成分質(zhì)量百分比分別為碳化硅和碳化硼粉末占70～92，Al-Y系添加劑占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0。所述碳化硅與碳化硼的質(zhì)量比為1∶20～20∶1。陶瓷防彈板的制造方法首先，按常規(guī)方法將碳化硅和碳化硼粉末及添加劑混合成形，然后將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗三次。升溫?zé)Y(jié)，升溫的速率為5～30℃/min，升溫到1750～2050℃后，保溫240～480分鐘，燒結(jié)在氬氣中進(jìn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1，斷裂韌性提高，比現(xiàn)有技術(shù)提高10～50％，同時(shí)降低成本20～40％。2，抗彎強(qiáng)度提高了30％左右，由于強(qiáng)度和斷裂韌性的提高，使材料的防彈性能提高。3，由于可根據(jù)實(shí)際使用情況調(diào)節(jié)各種材料的配合比例，改變單位面積的密度和防彈性能，使防彈板的綜合性能更好地滿足了各種條件的使用要求，提高了防彈板使用的可靠性，在陶瓷防彈板的制造方法中，提高了燒結(jié)溫度這一必要工藝條件，保證了陶瓷防彈板各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的提高。
具體實(shí)施例方式
一本實(shí)施方式由碳化硅和碳化硼粉末、Al-Y系添加劑和任選一種的CeO2或La2O3組成，各成分質(zhì)量百分比分別為碳化硅和碳化硼粉末占70～92，碳化硅與碳化硼的質(zhì)量比為1∶20～20∶1。Al-Y系添加劑占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0。陶瓷防彈板的制造方法是首先，按常規(guī)方法將碳化硅和碳化硼粉末及添加劑混合成形，然后將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗三次，升溫?zé)Y(jié)，升溫的速率為5～30℃/min，升溫到1750～2050℃后，保溫240～480分鐘。燒結(jié)在氬氣中進(jìn)行。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式中碳化硼粉末含84～92％，碳化硅粉末含5～8％，Al-Y系添加劑為2～8％，CeO2或La2O3為0.5～1.0％。碳化硅和碳化硼粉末的粒徑為1.0～3.5微米，純度大于96％。Al-Y系添加劑分別為AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它們的粒徑為0.6～3.0微米，純度為95～99.9％。將上述粉末置于球磨機(jī)的尼龍罐中混合，加入常規(guī)量的酒精或丙酮作為混合助劑。球磨機(jī)的料球?yàn)樘蓟鸫汕颉Ｉ鲜龇勰┰谇蚰C(jī)中混合6～24小時(shí)后，在70～90℃的流動(dòng)氮?dú)庵泻娓桑扑?，加入含量?～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，再混合2～8小時(shí)后干燥，破碎，過60～80目篩。進(jìn)行冷等靜壓成形，成形壓力為250～350MPa。而后將上述壓坯置于真空燒結(jié)爐中。先抽成真空，用氬氣沖洗三次后進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)在流動(dòng)的氬氣中進(jìn)行，氬氣流量為15升/分鐘。升溫速率為0.5～5℃/分鐘。在1 870℃時(shí)保溫240～480分鐘。得到燒結(jié)體的主要性能指標(biāo)為密度2.54g/cm3；硬度HV2720；四點(diǎn)抗彎強(qiáng)度650MPa；斷裂韌性KIC7.9MPam1/2。較熱壓燒結(jié)碳化硼防彈板，成本降低60％，而彈道性能提高，其結(jié)果見表一。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式中碳化硼粉末含6％，碳化硅粉末含87.5％，Al-Y系添加劑為6％，CeO2或La2O3為0.5％。碳化硅粉末為α相，粉末平均粒徑為0.5微米，純度大于96％。碳化硼粉末的粒徑為1.0～3.5微米，純度大于96％。Al-Y系添加劑分別為AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它們的粒徑為0.6～3.0微米，純度為97～99.9％。將上述粉末置于球磨機(jī)的尼龍罐中混合，加入常規(guī)量的酒精作為混合助劑。球磨機(jī)的料球?yàn)樘蓟鸫汕颉Ｉ鲜龇勰┰谇蚰C(jī)中混合6～24小時(shí)后，在70～90℃的流動(dòng)氮?dú)庵泻娓?，破碎，加入含量?～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，再混合2～8小時(shí)后干燥，破碎，過60～80目篩。在鋼模中冷壓成形，成形壓力為300～350MPa。而后將上述壓坯置于真空燒結(jié)爐中。先抽成真空，用氬氣沖洗三次后進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)在流動(dòng)的氬氣中進(jìn)行，氬氣流量為15升/分鐘。升溫速率為5℃/分鐘。在1870℃時(shí)保溫300分鐘。得到燒結(jié)體的主要性能指標(biāo)為密度3.17g/cm3；硬度HV2530；四點(diǎn)抗彎強(qiáng)度520MPa；斷裂韌性KIC6.2MPam1/2。與無壓燒結(jié)的碳化硅防彈板的彈道性能的對(duì)比見表一。
彈道性能對(duì)比表

注防彈板的厚度均為8mm。彈型為7.62mm，APM2。
權(quán)利要求
1.碳化物陶瓷防彈板材料，其特征在于它由碳化硅和碳化硼粉末、Al-Y系添加劑和任選一種的CeO2或La2O3組成，各成分質(zhì)量百分比分別為碳化硅和碳化硼粉末占70～92，Al-Y系添加劑占5.5～25，CeO2或La2O3占0.5～3.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化物陶瓷防彈板材料，其特征在于所述碳化硅與碳化硼的質(zhì)量比為1∶20～20∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化物陶瓷防彈板材料，其特征在于Al-Y系添加劑分別為AlN或Al2O3和Y2O3粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化物陶瓷防彈板材料，其特征在于碳化硅粉末為α相，粉末平均粒徑為0.5微米，純度大于96％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化物陶瓷防彈板材料，其特征在于碳化硼粉末的粒徑為1.0～3.5微米，純度大于96％。
6.陶瓷防彈板的制造方法，其特征在于首先，按常規(guī)方法將碳化硅和碳化硼粉末及添加劑混合成形，然后將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗三次，升溫?zé)Y(jié)，升溫的速率為5～30℃/min，升溫到1750～2050℃后，保溫240～480分鐘，燒結(jié)在氬氣中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷防彈板的制造方法，其特征在于將上述粉末置于球磨機(jī)的尼龍罐中混合，加入常規(guī)量的酒精或丙酮作為混合助劑，球磨機(jī)的料球?yàn)樘蓟鸫汕?，上述粉末在球磨機(jī)中混合6～24小時(shí)后，在70～90℃的流動(dòng)氮?dú)庵泻娓桑扑?，加入含量?～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，再混合2～8小時(shí)后干燥，破碎，過60～80目篩，進(jìn)行冷等靜壓成形，成形壓力為250～350MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷防彈板的制造方法，其特征在于在鋼模中冷壓成形，成形壓力為300～350MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷防彈板的制造方法，其特征在于燒結(jié)在流動(dòng)的氬氣中進(jìn)行，氬氣流量為15升/分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷防彈板的制造方法，其特征在于升溫速率為5℃/分鐘。
全文摘要
碳化物陶瓷防彈板材料及其陶瓷防彈板的制造方法，它涉及一種高性能碳化物陶瓷防彈板材料及其陶瓷防彈板的制造工藝。本發(fā)明各成分質(zhì)量百分比分別為碳化硅和碳化硼粉末占70～92，Al－Y系添加劑占5.5～25，CeO
文檔編號(hào)C04B35/56GK1552667SQ20031010776
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者李文新, 李文輝 申請(qǐng)人:李文新, 李文輝