[發明專利]一種二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 202010190803.3
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111348920B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 李其松;張振昊;孫海濱;張玉軍
• 申請（專利權）人: 山東亞賽陶瓷科技有限公司
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/565;C04B35/622;C04B35/645;F41H5/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料及其制備方法、應用，由以下質量百分比的原料組成：二硼化鈦粉20?80wt.％，碳化硅粉20?80wt.％，碳粉0.5?15wt.％，硅粉0.5?35wt.％，分散劑0.5?3.0wt.％，粘結劑1?10wt.％，各組分質量百分比之和為100％。本發明通過引入硅作為液相，既降低了燒結溫度，又促進了物質在液相中遷移和輸運，提高了致密度，提高了密度的均勻性。解決了二硼化鈦/碳化硅復合陶瓷材料，特別是大厚度防彈板致密度低、密度均勻性差的問題。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及一種二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料及其制備方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

現代戰爭中，防彈材料是軍事武器的關鍵技術之一。高性能防彈材料對于提高戰斗人員和戰斗武器的戰場生存能力具有重要意義。在眾多的防彈材料中，陶瓷材料以其密度低、硬度大、抗沖擊性能好等優點，成為制作高性能防彈裝具的理想材料。

目前常用的陶瓷防彈材料，主要氧化鋁、碳化硼、碳化硅、二硼化鈦等陶瓷及其復合材料。氧化鋁陶瓷雖然成本低，但是整體防彈性能較差，其應用已越來越少。碳化硼陶瓷在極高的速度和壓力作用下(如在較高動能的彈藥沖擊下)，其晶體結構會發生相變崩潰，出現削弱抗彈性能的非晶化現象，并且生產成本非常高，在大厚度裝甲防彈陶瓷的應用上受到了限制。二硼化鈦陶瓷具有硬度大、彈道質量因素大等優點，美國Ceradyne和Cercom已成功地將二硼化鈦陶瓷應用于M2IFV改型步兵戰車上，防彈性能大大提高。但二硼化鈦陶瓷燒結難度非常大，難以制備高致密度的材料，而且密度大、成本高。碳化硅陶瓷具有密度小(比二硼化鈦低約28％)、硬度高、耐沖擊性好、成本低等優點，但是其彈道質量因素低(比二硼化鈦低約25％)，抵抗高速重彈的性能不如二硼化鈦。

用二硼化鈦與碳化硅制備復合防彈陶瓷，有望在獲得優異的防彈性能的同時，降低體積密度，減少裝甲重量，同時降低成本。但是，目前在制備厚度較大(大于20mm)的防彈板時，仍然存在以下難題：一是由于二硼化鈦陶瓷的擴散系數低，很難獲得高的致密度，而致密度降低會導致防彈性能變差；二是產品體積密度分布不均勻，這會降低防彈陶瓷的可靠性。上述問題的存在，制約了二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料的產業化應用。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供一種二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料及其制備方法。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料，由以下質量百分比的原料組成：二硼化鈦粉20-80wt.％，碳化硅粉20-80wt.％，碳粉0.5-15wt.％，硅粉0.5-35wt.％，分散劑0.5-3.0wt.％，粘結劑1-10wt.％，各組分質量百分比之和為100％。

本發明通過引入硅作為液相，既降低了燒結溫度，又促進了物質在液相中遷移和輸運，提高了致密度，提高了密度的均勻性。解決了二硼化鈦/碳化硅復合陶瓷材料，特別是大厚度防彈板致密度低、密度均勻性差的問題。

本發明的第二個方面，提供了一種二硼化鈦/碳化硅復合防彈材料的制備方法，包括：

將二硼化鈦粉、碳化硅粉、硅粉、碳粉、樹脂、分散劑和粘結劑按比例稱量，然后加水球磨，制得陶瓷漿料；

將所述陶瓷漿料噴霧造粒，預壓成型，以獲得坯體；

將所述坯體烘干、熱壓燒結，制得二硼化鈦/碳化硅陶瓷材料。

本發明通過引入硅、碳以及有機粘結劑裂解產生的碳，利用硅與碳在高溫下原位反應生成的碳化硅，將二硼化鈦陶瓷微粉與碳化硅陶瓷微粉結合起來，提高復合陶瓷材料的結合強度，解決純二硼化鈦/碳化硅復合材料強度偏低的難題。