[發明專利]反應燒結陶瓷防彈插板及反應燒結防彈陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 201410276037.7
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104045348A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 方寧象;張國軍;張波;張新龍
• 申請（專利權）人: 浙江立泰復合材料有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/563;C04B35/65
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 王曉峰

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及復合材料的制備工藝，尤其是一種反應燒結陶瓷防彈插板的制備方法及其產品。

背景技術

防彈材料主要應用于戰時人體、戰車、艦船和飛機特定部位的防護。目前人體防護主要采用在軟體防彈衣上疊加陶瓷插板的結構形式，在其中起到主要防彈作用的陶瓷材料必須具備高硬度、高彈性模量和較低的密度，目前的陶瓷防彈材料通常選用氧化鋁、碳化硅、碳化硼和氮化硅等。

防彈陶瓷板可分為拼接板和整體板兩種。采用拼接板的方法首先要將陶瓷壓制和燒結成規則形狀（一般為正方形、正六邊形、正三角形等形狀）的具有一定尺寸大小的小塊陶瓷，然后再按圖2的方法拼接成所需尺寸和大小的防彈陶瓷板。這種拼板方法具有陶瓷變形小、制備柔性大的優點。

陶瓷可以通過不同生產工藝進行生產。采用熱壓燒結工藝制造的陶瓷性能較好，但隨之生產成本也大幅提高；采用無壓燒結制備的陶瓷，其原料要求較高，燒結溫度高，制品尺寸變化較大，工藝復雜且性能不高；采用反應燒結工藝所生產的陶瓷產品致密度高，防彈性能較好，且制備成本相對較低。

傳統的反應燒結工藝是在真空環境和高于硅熔點（1410℃）的溫度下，將熔融的硅滲入到含有碳的多孔陶瓷素坯中，硅與碳反應后在素坯內部原位生成碳化硅。與熱壓燒結或無壓燒結工藝相比，反應燒結可以在相對較低的溫度下進行，可以有效抑制材料在高溫下發生的諸多不利反應與變化。

但是，傳統的反應燒結工藝也具有一些局限性。由于燒結過程需要進行熔滲硅與碳的反應，為保證素坯中的碳完全參與反應，熔滲的硅必須超過理論計算數值，否則將導致素坯心部欠燒殘碳，從而使制品性能大幅度下降。超量的硅往往沉積在燒結后的陶瓷表面，與陶瓷形成緊密的結合，非常難以去除。因此，采用傳統的反應燒結方法制備具有特別形狀的陶瓷片后，瓷片上的殘留硅難以采用常規方法去除。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種反應燒結防彈陶瓷的制備方法，使燒結后的陶瓷表面的超量的硅容易去除，同時還提供一種利用該方法制得的防彈陶瓷制造的具有優異防彈性能的陶瓷防彈插板。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種反應燒結防彈陶瓷的制備方法，依次包括以下步驟：

步驟一，將陶瓷粉體、碳源粉末和成型劑使用球磨機混合均勻，獲得混合粉末，經噴霧干燥制粒后，在模具中壓制成形，得到具有各種特定形狀的陶瓷壓坯；?

步驟二，將硅粉、碳化硅粉和氮化硼粉末混合均勻，在模具中壓制成形得到燒結熔滲劑的壓坯；?

步驟三，將陶瓷壓坯和燒結熔滲劑壓坯疊放在一起，在真空度不低于5×10^-1Pa的真空爐中，升溫到1450~1750℃進行燒結保溫1~3?h，得到反應燒結陶瓷產品；?

步驟四，將燒結陶瓷表面的熔滲劑殘留物輕敲后去除，得到致密的陶瓷片，并保持了壓坯原有的形狀；?

其中，步驟二所述的燒結熔滲劑的組成按重量比計：硅粉60~80%，碳化硅粉3~10%，其余為氮化硼，所有粉末的粒度范圍為30~200目。

作為優選方案：步驟一所述的陶瓷粉體由碳化硅粉末和碳化硼粉末的一種或兩種粉末組成，所述碳源由炭黑、酚醛樹脂的一種或兩種組成；所述混合粉末中陶瓷粉末與碳源粉末的質量比分別為80~90%和3~15%；所述成型劑為酚醛樹脂、聚乙二醇、羥甲基纖維素或石蠟，成型劑在混合粉末中的質量比為5~15%。

本發明還提供一種反應燒結陶瓷防彈插板，由2個直角梯形的第一瓷片、4個矩形的第二瓷片和16個正方形的第三瓷片構成；第一瓷片的底邊長度分別為a和2a，垂直于底邊的腰長為2a；第二瓷片的長邊長為2a，短邊長為a；第三瓷片的邊長為2a；所述的瓷片布置為五行，最上方一行中間為兩個第三瓷片，兩側為各一個第一瓷片，第二行中間為三個第三瓷片，兩側為各一個第二瓷片；第三行為四個第三瓷片；第四行中間為三個第三瓷片，兩側為各一個第二瓷片；第五行為四個第三瓷片；各個瓷片粘接在一個基板上。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明提出的工藝方法，可以制備具有特殊形狀特征的防彈陶瓷片；通過特殊的熔滲劑原料配方的改進，使反應燒結過程殘留在陶瓷產品表面的硅與陶瓷之間結合不緊密，采用鈍器輕敲即可使之脫落，容易被去除，降低了勞動強度和對環境的污染，保持了陶瓷素坯的原有形貌特征，容易實現工業化大規模生產。

附圖說明

圖1是防彈陶瓷壓坯的結構示意圖。

圖2是圖1的側視圖。

圖3是防彈插板的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1