[發明專利]一種寬體積分數層狀梯度碳化硼鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710947667.6
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107675058B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 姜龍濤;晁振龍;武高輝;張強;陳國欽;茍華松;楊文澍;喬菁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C29/06
• 分類號: C22C29/06;C22C21/00;C22C32/00;C22C1/10;B32B15/01;B32B15/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

一種寬體積分數層狀梯度碳化硼鋁基復合材料及其制備方法，它涉及一種層狀功能梯度碳化硼鋁基復合材料及制備方法。本發明是要解決單一體積分數均質的鋁基復合材料防彈效果差、防彈層狀梯度鋁基復合材料中著彈面板體積分數低以及簡單疊層防護結構的界面結合強度低的問題。面板按體積分數由70％～90％碳化硼和10％～30％含鋁材料制成；過渡中間層由多層碳化硼鋁基復合材料組成，由面板向背板每層碳化硼鋁基復合材料中的碳化硼體積分數逐層梯度降低；方法：預制體粉體的制備；二、逐層鋪陳，制備預制體；三、熔融鋁液；四、采用壓力浸滲工藝將熔煉的鋁液壓入預制體間隙中，保壓，脫模，獲得層狀梯度B₄C/Al復合材料。本發明用于制備裝甲結構材料。

技術領域

本發明涉及一種層狀功能梯度碳化硼鋁基復合材料及制備方法。

背景技術

隨著科技的發展，反裝甲武器威力的日益增強，對裝甲防護層的要求也越來越高。單純通過加厚裝甲防護層的方法來提升防護作用勢必會嚴重影響武器系統的作戰機動性和快速反應能力。為滿足未來戰場中作戰武器的高機動性、強防御性需求，當今世界各軍事強國均致力于發展高強度、高硬度、高韌性以及低密度(即“三高一低”)特性的裝甲。

目前應用最廣泛裝甲結構材料為陶瓷/金屬復合裝甲，這種裝甲雖然具有較為優異的抗沖擊和抗傾徹能力，但由于陶瓷-金屬界面波阻抗不匹配使得陶瓷面板碎裂嚴重，裝甲抗多發彈能力較弱。

梯度功能材料(Functionally gradient materials，FGMs)的概念最先是由日本學者平井敏雄和新野政之于1984年提出，旨在解決超高速航空航天器中材料的熱應力問題。FGMs材料有之處在于可以定制所需性能，這使得其在航空航天、生物材料、裝甲防護材料以及核能工業領域有很好的應用前景。梯度材料可以分為兩類：(1)連續型功能梯度材料，即材料的性能或組成從一側向另一側呈現連續分布；(2)層狀功能梯度材料，即材料的性能或者組成呈現階躍型分布。

功能梯度金屬基復合材料裝甲具有高陶瓷含量(70～90vol.％陶瓷含量)的陶瓷正面；塑性好、抗拉強度高的金屬背面；以及陶瓷含量沿厚度階梯變化的中間過渡層，既保留了陶瓷材料抗侵徹的優越性能，又具有金屬材料的良好韌性，可以提高復合靶板抗多次打擊能力，并且可以通過對梯度形式和界面的設計來減小沖擊波對復合靶的損傷，從而提高材料的抗彈性能，同時由于所用組分為低密度陶瓷和輕質合金，因此也為裝甲材料輕型化奠定了基礎。

層狀功能梯度材料的制備方法一般包括粉末冶金、離心鑄造和激光熔覆的技術。但粉末冶金技術很難制備高質量的高體積分數顆粒增強金屬基復合材料；離心鑄造由于離心力方向的限制，難以制備層狀鋪陳的非環狀材料；激光熔覆的技術成本高，技術難度大。

專利號為CN105541331A，發明名稱為“一種Ti₃SiC₂/SiC功能梯度材料的制備方法”中采用真空熱壓燒結及浸漬增密處理得到Ti₃SiC₂/SiC功能梯度材料。本專利與其在制備方法、材料體系以及應用領域的不同。

專利號為CN105478777A，發明名稱為“一種金屬/陶瓷梯度材料及其制備方法”中采用自蔓延合成法制備金屬/陶瓷梯度材料。自蔓延法難以制備高質量的高陶瓷相體積分數材料，本專利與其在制備方法以及高陶瓷相體積分數材料質量上存在不同。

發明內容

本發明是要解決單一體積分數均質的鋁基復合材料防彈效果差、防彈層狀梯度鋁基復合材料中著彈面板體積分數低以及簡單疊層防護結構的界面結合強度低的問題，而提供一種寬體積分數層狀梯度碳化硼鋁基復合材料及其制備方法。