[發(fā)明專利]一種碳化硼復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010822739.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN111960850A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春松;唐潔凈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波普萊斯帝金屬制品有限公司
• 主分類號(hào): C04B38/06
• 分類號(hào): C04B38/06;C04B35/563;C04B35/622;C04B41/88;F41H1/02
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碳化硼硬度高，其對(duì)于動(dòng)能彈和彈藥碎片的防御能力很強(qiáng)，而且碳化硼質(zhì)量較輕，是制備防彈衣、防護(hù)裝甲的理想材料。本發(fā)明通過(guò)制備同時(shí)具有致密層和多孔層的碳化硼復(fù)合材料，使材料同時(shí)具有高硬度和吸波性能，提高材料應(yīng)用防彈材料時(shí)的抗沖擊能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種防彈材料領(lǐng)域，特別是一種碳化硼復(fù)合材料。

背景技術(shù)

碳化硼又稱黑鉆石，通常為灰黑色微粉，是一種新型陶瓷材料，具有熔點(diǎn)高、硬度高、密度低、熱穩(wěn)定性好、抗化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)和中子吸收能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于能源、軍事、核能以及防彈領(lǐng)域。碳化硼最重要的性能是其超常的硬度，是僅次于金剛石和立方氮化硼的第三硬材料，碳化硼近于恒定的高溫硬度是其它材料所無(wú)法比擬的。

由于碳化硼硬度高，其對(duì)于動(dòng)能彈和彈藥碎片的防御能力很強(qiáng)，而且碳化硼質(zhì)量較輕，是制備防彈衣、防護(hù)裝甲的理想材料，并得到了廣泛的關(guān)注。然而，現(xiàn)有制備工藝得到碳化硼晶粒粗大、缺陷多、致密度低，因而其強(qiáng)度和韌性并不理想，如何改善碳化硼的致密度以提高其硬度，并同時(shí)使材料具備足夠的抗沖擊性是防彈領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)制備同時(shí)具有致密層和多孔層的碳化硼復(fù)合材料，使材料同時(shí)具有高硬度和吸波性能，提高材料應(yīng)用于防彈材料時(shí)的抗沖擊能力。

一種碳化硼復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備多孔碳化硼塊體

將碳化硼粉加入到含有分散劑的水溶液中，攪拌均勻，加入成孔劑，球磨3-5h，成型，真空條件下燒結(jié)，得到多孔碳化硼塊體；

(2)浸漬

在氬氣保護(hù)下，將鈦合金熔融，形成鈦合金液，在真空條件下將多孔碳化硼塊體部分浸入鈦合金液中，浸漬10-20分鐘，取出，真空下冷卻到室溫，得到碳化硼復(fù)合材料。

步驟(1)中，所述分散劑為EDTA或硬脂酸鈉，用量為述B₄C粉質(zhì)量的0.4～0.7％。

步驟(1)中，所述成孔劑為PEG-400，用量為述B₄C粉質(zhì)量的5～10％。

步驟(1)中，B₄C粉按固含量為30％～50％的比例加入；B₄C粉的粒徑為3～5μm。

步驟(1)中，所述燒結(jié)的溫度為2000～2300℃，時(shí)間為3-5h。

步驟(2)中，在1680-1750℃熔融鈦合金，形成鈦合金液。

步驟(2)中，將多孔碳化硼塊體部分浸入鈦合金液中時(shí)，浸入部分的高度占?jí)K體材料總高度的20-50％。

有益效果：

本發(fā)明通過(guò)部分浸漬的方法，使得鈦合金液浸入到碳化硼多孔材料中，填補(bǔ)了碳化硼多孔材料的部分空隙，使得碳化硼多孔材料的下層形成致密的結(jié)構(gòu)，從而得到一種上部為多孔結(jié)構(gòu)，下部為致密結(jié)構(gòu)的碳化硼復(fù)合材料，其致密部分具有高硬度，從而使復(fù)合材料保持良好的硬度，其多孔部分可起到吸收剩余能量的作用，有助于材料在整體上表現(xiàn)出更優(yōu)的硬度。由于多孔結(jié)構(gòu)和致密結(jié)構(gòu)為整體結(jié)構(gòu)，不存在由于不同材料之間的結(jié)合而導(dǎo)致的能量傳遞效率低、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問(wèn)題，在防彈過(guò)程中具有更好的抗沖擊性。

通過(guò)控制多孔結(jié)構(gòu)的孔徑、含孔率，控制在浸漬過(guò)程中鈦合金的填充度，避免孔徑大、通孔多造成的填充程度難以控制，以及孔徑小、含孔率不足造成的致密化不足。

該復(fù)合材料的洛氏硬度83-86HRA，斷裂韌性為10-15MP·m^1/2。

具體實(shí)施方式

采用陶瓷材料單刃缺口彎曲法測(cè)試材料的斷裂韌性。