超硬陶瓷防彈片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體設(shè)及一種防彈性能優(yōu)異的超硬陶瓷防彈片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的陶瓷復(fù)合防彈板主要由防彈背板W及設(shè)于防彈背板上的多塊防彈陶瓷塊 構(gòu)成，雖然現(xiàn)有陶瓷復(fù)合防彈板的性價(jià)比很高，但是運(yùn)種陶瓷復(fù)合防彈板至少還存在著如 下幾個(gè)問題：第一，現(xiàn)有陶瓷復(fù)合防彈板的整體重量普遍偏高；第二，在現(xiàn)有的陶瓷復(fù)合防 彈板中，防彈陶瓷塊之間的結(jié)合處防彈性能十分薄弱；第=，現(xiàn)有陶瓷復(fù)合防彈板的防彈原 理是依靠增大子彈侵徹阻力來達(dá)到防彈目的的，運(yùn)一防彈原理限制了現(xiàn)有陶瓷復(fù)合防彈板 的整體性能偏低。
[0003] 碳化棚屬于新興材料，成本較高，碳化娃和氧化侶原料獲得比較容易，但是其性能 相對(duì)較差。金剛石和立方氮化棚材料屬于超硬材料，近年來超硬材料發(fā)展十分迅猛，使得原 本非常昂貴的材料變得價(jià)格很親民，而其性能又非常優(yōu)越，運(yùn)就使其在陶瓷防彈片領(lǐng)域有 很大的發(fā)展空間。然而，TakashiTaniguchi等的研究表明，純立方氮化棚或者金剛石的燒 結(jié)壓力在7. 7萬個(gè)大氣壓，燒結(jié)溫度2000°C，燒結(jié)條件極為苛刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種超硬陶瓷防彈片，同時(shí)提 供該超硬陶瓷防彈片的制備方法是本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明目的。
[0005] 基于上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種超硬陶瓷防彈片，由W下重量百分 比的原料制成：主陶瓷相70%~92%、助燒劑8%~30%，所述主陶瓷相為立方氮化棚和金剛 石中的一種或兩種的混合物。
[0006] 所述助燒劑選自石墨締、碳纖維、金屬及其化合物和稀±氧化物中的一種或兩種W上的混合物。
[0007] 所述金屬選自鉆、鶴、儀、銅、侶和鐵中的一種或兩種W上的混合物。
[0008] 所述金屬化合物選自碳化鶴、氮化侶、氮化鐵、碳化鐵和碳氮化鐵中的一種或兩種W上的混合物。
[0009] 所述立方氮化棚的粒度為0.Ol~25ym;所述金剛石的粒度為0. 05~25ym;所 述助燒劑的粒度為0. 05~7ym。
[0010] 該超硬陶瓷防彈片的制備方法，包括下列步驟： 步驟1)、將主陶瓷相和助燒劑按比例混合制成復(fù)合粉體； 步驟2)、將步驟1)所得復(fù)合粉體在3~6萬個(gè)大氣壓下、溫度為1200~1900°C下燒結(jié)8~25min，即得所述陶瓷防彈片。
[0011] 本發(fā)明的陶瓷防彈片，合成的形狀為規(guī)則柱狀，如圓柱、=棱柱、四棱柱、 六棱柱等，柱體上端為凸面。
[0012] 本發(fā)明采用的助燒劑是為了降低燒結(jié)溫度，提高產(chǎn)品性能的均勻性和抗彎強(qiáng)度， 不同的助燒劑各自有存在著不同的特點(diǎn)。
[0013] 石墨締和碳纖維：它們主要的特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)上的二維片狀和一維線性材料使其在 陶瓷燒結(jié)過程中有降低密度、提高初性的作用。
[0014] 金屬及其化合物：主要特點(diǎn)是烙點(diǎn)較低，降低燒結(jié)溫度。
[0015] 稀±氧化物：1)良好的表面活性物質(zhì)，可改善材料間的潤(rùn)濕性，降低燒結(jié)溫度；2) 促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，易于形成低烙點(diǎn)液相，并通過顆粒間的毛細(xì)管作用，促使顆粒間物質(zhì)的空 隙處填充，使材料孔隙率降低，致密度提高；3)稀±氧化物離子半徑較B、N原子大得多，難 W形成固溶，因此易于分布在晶界處。阻礙離子遷移，降低晶界遷移率，抑制晶粒生長(zhǎng)。
[0016] 與現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明的有益效果為： 1)、本發(fā)明的陶瓷防彈片，將立方氮化棚和/或金剛石與、石墨締、碳纖維、金屬及其化 合物、稀±氧化物中的任意一種或其組合進(jìn)行復(fù)配后，燒結(jié)條件變得溫和，所需的燒結(jié)溫度 為1200~1900°C、燒結(jié)壓力為3~6萬個(gè)大氣壓，同時(shí)所得的陶瓷防彈片具有較高的硬度、 斷裂初性、抗彎強(qiáng)度和抗沖擊初性。 陽017] 2)、燒結(jié)時(shí)，其燒結(jié)條件溫和，所需的燒結(jié)溫度為1200~1900°C、燒結(jié)壓 力為3~6萬個(gè)大氣壓，整體工藝簡(jiǎn)單，合成時(shí)間短，8~25min即可完成，操作方便，適 合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019] 實(shí)施例1-7 實(shí)施例1-7的陶瓷防彈片各原料的重量百分比及燒結(jié)條件見表1所示： 表1實(shí)施例1-7中陶瓷防彈片的原料的重量百分比及燒結(jié)條件
實(shí)施例1-7的陶瓷防彈片的制備方法，包括W下步驟： 步驟1)、將主陶瓷相和助燒劑按比例混合制成復(fù)合粉體； 步驟2)、將步驟1)所得復(fù)合粉體在表1所示燒結(jié)條件下燒結(jié)即得所述陶瓷 防彈片。
[0020] 實(shí)施例8 本實(shí)施例中，燒結(jié)時(shí)間為Smin。其他同實(shí)施例4。 陽OW 實(shí)施例9 本實(shí)施例中，燒結(jié)時(shí)間為16min。其他同實(shí)施例4。 陽0巧實(shí)施例10 本實(shí)施例中，燒結(jié)時(shí)間為25min。其他同實(shí)施例4。 陽〇2引實(shí)施例11 本實(shí)施例中，燒結(jié)溫度為1350°C。其他同實(shí)施例4。
[0024]實(shí)施例12 本實(shí)施例中，燒結(jié)壓力為5萬個(gè)大氣壓。其他同實(shí)施例4。 陽〇2引實(shí)施例13 本實(shí)施例中，采用Ium的侶置換Ium的鶴。其他同實(shí)施例4。
[0026] 實(shí)施例14 本實(shí)施例中，采用50nm石墨締置換IOOnm碳纖維。其他同實(shí)施例4。
[0027] 實(shí)施例性能測(cè)試 對(duì)實(shí)施例1-14制得的陶瓷防彈片的性能進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果見表2所示。
[0028] 表2實(shí)施例1-14制得的陶瓷防彈片的性能測(cè)試結(jié)果
從表2可W看出，實(shí)施例1-14所制得的防彈片的性能指標(biāo)為：密度為3. 37~3. 56g/cm3,彎曲強(qiáng)度為542~635MPa，維氏硬度24. 3~43. 3GPa，斷裂初性4. 2~7.8MPa.ml/2,整 體性能優(yōu)異，特別適合用于防彈材料，尤其實(shí)施例4的體系得到的防彈片性能最為優(yōu)異。
[0029] 實(shí)施例4中CBN粒度適中，通過添加納米金剛石可W使得堆積更緊密，W石墨締為 助燒劑時(shí)，由于石墨的層片狀結(jié)構(gòu)可W提升材料的初性。
[0030] 同時(shí)本發(fā)明還對(duì)實(shí)施例4所述的體系進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，具體見實(shí)施例8-14。
[0031] 對(duì)比實(shí)施例4、8、9、10,隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，密度略有提升，其各項(xiàng)性能都有提 升，運(yùn)主要是反應(yīng)體系的反應(yīng)充分、擴(kuò)散完全、氣孔逐漸排除，材料致密性增加，顆粒間反應(yīng) 更完全，連接強(qiáng)度更高。
[0032] 對(duì)比實(shí)施例4、11，燒結(jié)溫度提高，密度略有提升，彎曲強(qiáng)度和斷裂初性略有下降， 硬度提升。主要原因是初期溫度的提升為原子擴(kuò)散提供能量，隨著溫度的提高，原子越過勢(shì) 壘進(jìn)行擴(kuò)散，防彈片密度出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，隨著溫度的進(jìn)一步提升，顆粒長(zhǎng)大，導(dǎo)致孔隙率 增大，彎曲強(qiáng)度和斷裂初性出現(xiàn)下降。
[0033] 對(duì)比實(shí)施例4、12,壓力提升，有利于提高樣品的致密度，提高產(chǎn)品的硬度和彎曲強(qiáng) 度和斷裂初性。
[0034] 對(duì)比實(shí)施例4、13,將鶴粉換成侶粉后，由于侶比鶴粉密度和硬度低，導(dǎo)致樣品密度 和硬度略有下降，其他性能變化不大。
[0035] 對(duì)比實(shí)施例4、14,將碳纖維換成石墨締后，由于碳纖維為一維材料，石墨締為層片 狀二維材料，其增初效果相應(yīng)略有增加，其他性能變化不大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超硬陶瓷防彈片，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：主陶瓷相70%~ 92%、助燒劑8%~30%，所述主陶瓷相為立方氮化硼和金剛石中的一種或兩種的混合物。2. 如權(quán)利要求1所述的超硬陶瓷防彈片，其特征在于，所述助燒劑選自石墨烯、碳纖 維、金屬及其化合物和稀土氧化物中的一種或兩種以上的混合物。3. 如權(quán)利要求2所述的超硬陶瓷防彈片，其特征在于，所述金屬選自鈷、鎢、鎳、銅、鋁 和鈦中的一種或兩種以上的混合物。4. 如權(quán)利要求2所述的超硬陶瓷防彈片，其特征在于，所述金屬化合物選自碳化鎢、氮 化鋁、氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦中的一種或兩種以上的混合物。5. 如權(quán)利要求2所述的超硬陶瓷防彈片，其特征在于，所述立方氮化硼的粒度為 0. 01~25μπι;所述金剛石的粒度為0. 05~25μπι;所述助燒劑的粒度為0. 05~7μπι。6. 權(quán)利要求1-5任一所述的超硬陶瓷防彈片的制備方法，其特征在于，包括下列步驟： 步驟1)、將主陶瓷相和助燒劑按比例混合制成復(fù)合粉體； 步驟2)、將步驟1)所得復(fù)合粉體在3~6萬個(gè)大氣壓下、溫度為1200~1900°C下燒 結(jié)8~25min，即得所述陶瓷防彈片。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防彈性能優(yōu)異的超硬陶瓷防彈片及其制備方法，由以下重量百分比的原料制成：主陶瓷相70%～92%、助燒劑8%～30%，主陶瓷相為立方氮化硼和金剛石中的一種或兩種的混合物，其制備方法包括下列步驟：1）將主陶瓷相和助燒劑按比例混合制成復(fù)合粉體；2）將步驟1）所得復(fù)合粉體在3～6萬個(gè)大氣壓下、溫度為1200～1900℃下燒結(jié)8～25min即得，將立方氮化硼和/或金剛石與石墨烯、碳纖維、金屬及其化合物，稀土氧化物中的任意一種或其組合進(jìn)行復(fù)配后，燒結(jié)條件變得溫和，所需的燒結(jié)溫度為1200～1900℃、燒結(jié)壓力為3～6萬個(gè)大氣壓，所得陶瓷防彈片具有較高的硬度、斷裂韌性、抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性。
【IPC分類】C04B35/63, C04B35/5831, C04B35/52
【公開號(hào)】CN105272268
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510821355
【發(fā)明人】韓倩斐
【申請(qǐng)人】彭建國(guó)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日