[發明專利]一種層狀鋁碳化硼復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710604050.4
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107498057B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 張柳;王志;李慶剛;史國普;吳俊彥;吳昊
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B22F7/02
• 分類號: B22F7/02;B22F3/14
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明公開了一種層狀鋁碳化硼復合材料及其制備方法，包括分布在中軸面一側的n層層狀結構，以及，對稱分布在中軸面另一側的n層層狀結構，n≥2；層狀結構由鋁粉和碳化硼粉制成，按照原料的體積百分比計，層狀結構中鋁粉的含量由內向外逐層遞增，由50vol.%遞增至100vol.%；碳化硼粉的含量由內向外逐層遞減，由50vol.%遞減至0vol.%；中軸面兩側原料變化一致。該層狀鋁碳化硼復合材料當外層遭到破壞，這種變形也會擴大裂紋的傳播路徑，吸收更多的斷裂能，從而保證了材料整體的強度和韌性。

技術領域

本發明屬于層狀復合材料技術領域，尤其涉及一種層狀鋁碳化硼復合材料及其制備方法。

背景技術

碳化硼陶瓷具有密度小（2.5g/cm³）、硬度大（僅次于金剛石和立方氮化硼）、耐腐蝕及耐磨損等優點。但碳化硼難以燒結致密，斷裂韌性很低（MPa·m^1/2）。鋁具有韌性好、耐低溫和耐腐蝕等優點，而且密度與碳化硼相近（2.7g/cm³），但鋁的硬度低。因此，鋁碳化硼復合材料結合碳化硼和鋁的優勢，是既有陶瓷的強度又有金屬塑性的復合材料，應用于輕型防護和裝甲防彈等對于材料硬度和韌性都有要求的應用領域。

現有技術中，鋁碳化硅復合材料采用純鋁包覆層狀結構。該結構的鋁碳化硅復合材料外層采用熔融態金屬鋁液經冷卻形成，中間層則采用多層不同碳化硼和鋁含量的混合粉末，且由外至內鋁含量逐漸降低，經半連鑄后，在外層鋁的包裹下初步成型形成鑄坯，對鑄坯進行高溫高壓下的熱壓處理，得到層狀鋁碳化硅復合材料。

上述層狀鋁碳化硅復合材料在受到外部沖擊時，外層純鋁以及靠近外層的低鋁中間層由于韌性和延展性較高，可抵抗一部分應力波；隨著外部沖擊的深入，中間層的鋁含量降低，硬度增大，抗侵徹能力增強，從而達到阻擋應力波沖擊的作用。但是，由于層與層之間的結合強度相對降低，在遇到應力波沖擊時，靠近內部及內部各層之間容易斷裂甚至破碎，嚴重影響材料的應用，給使用者造成損失。

發明內容

本發明提供了一種層狀鋁碳化硼復合材料及其制備方法，以解決上述技術問題。

第一方面，本發明提供的一種層狀鋁碳化硼復合材料，包括分布在中軸面一側的n層層狀結構，以及，對稱分布在所述中軸面另一側的n層層狀結構，n≥2；層狀結構由鋁粉和碳化硼粉制成， 按照原料的體積百分比計，層狀結構中鋁粉的含量由內向外逐層遞增，由50vol.%遞增至100vol.%；碳化硼粉的含量由內向外逐層遞減，由50vol.%遞減至0vol.%；所述中軸面兩側原料變化一致。

可選地，n=3-8。

可選地，n=5，層狀結構中鋁粉的含量由內向外逐層遞增，由75vol.%遞增至95vol.%；碳化硼粉的含量由內向外逐層遞減，由25vol.%遞減至5vol.%。

可選地，5層層狀結構的原料組成分別為95vol%鋁粉和5vol%碳化硼粉，90vol%鋁粉和10vol%碳化硼粉，85vol%鋁粉和15vol%碳化硼粉，80vol%鋁粉和20vol%碳化硼粉，以及，75vol%鋁粉和25vol%碳化硼粉。

可選地，所述鋁粉的平均粒徑為50-60μm，所述碳化硼粉的平均粒徑為1-30μm。

第二方面，本發明還提供了層狀鋁碳化硼復合材料的制備方法，用以制備上述復合材料，包括以下步驟：