[發明專利]金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料及其制備方法及防彈裝甲

在審

• 申請號: 202010900803.8
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN111825462A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 張英豪
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯技術研究院有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;F41H5/00;B28B3/00
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王勤思

本發明公開了一種金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料，包括金剛石、石墨烯、α相碳化硅和β相碳化硅，其中，金剛石在金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料中的質量百分數為20%~40%，石墨烯在金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料中的質量百分數為0.07%~0.15%本發明公開了一種金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料的制備方法。本發明公開了一種防彈裝甲。

技術領域

本發明涉及陶瓷技術領域，特別是涉及一種金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料及其制備方法及防彈裝甲。

背景技術

反應燒結碳化硅(reaction-sintered silicon car-bide，RSSC)是應用熔融硅浸滲含碳碳化硅陶瓷素坯制得的致密陶瓷燒結體。反應燒結碳化硅既具有碳化硅陶瓷耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗熱震以及高硬度、高熱導率等優異性能，又具有燒結工藝簡單、燒結時間短、凈尺寸燒結等優點，這使得其實現了大規模的工業應用，期望用于航空航天、防彈裝甲、發動機葉片、核反應堆容器等多領域。

然而，雖然反應燒結碳化硅具有很多優點，但本質上還是一種脆性材料，這主要由于碳化硅分子結構的鍵和特點導致的，更關鍵的是燒結后期液態硅填充孔隙形成的殘硅會降低碳化硅陶瓷的硬度、韌性等力學性能，成為限制RSSC陶瓷發展的重要因素。尤其是對于硬度、韌性和抗摩擦性要求較高的防彈裝甲領域，現在基本已經舍棄反應燒結碳化硅材料，而改用性能更高的碳化硼材料。碳化硼材料的成本相對于碳化硅大大提高。

發明內容

基于此，有必要針對傳統的反應燒結碳化硅硬度差的問題，提供一種成本低，兼具硬度、韌性和耐摩擦性的金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料及其制備方法及防彈裝甲。

一種金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料，包括金剛石、石墨烯、α相碳化硅和β相碳化硅，其中，金剛石在金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料中的質量百分數為20%~ 40%，石墨烯在金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料中的質量百分數為0.07 %~ 0.15%。

在其中一個實施例中，α相碳化硅在金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料中的質量百分數為25 %~ 40%，β相碳化硅在金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料中的質量百分數為20%~ 40%。

在其中一個實施例中，金剛石的粒徑為50μm~150μm。

在其中一個實施例中，石墨烯的粒徑為3~5層碳的厚度。

在其中一個實施例中，α相碳化硅的粒徑為10μm~15μm。

一種的金剛石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

將金剛石、石墨烯、α相碳化硅、三維碳材料、醇溶性樹脂及溶劑混合得到糊狀的混合粉料；

將混合粉料造粒得到預顆粒；

將預顆粒壓制成素坯；

將液態金屬硅滲入素坯中并進行燒結，燒結溫度為1400℃~1600℃，在燒結溫度保溫時間為1.5 h~2.5h，使得全部的三維碳材料、全部的醇溶性樹脂碳化物及少量的金剛石、少量的石墨烯與金屬硅反應形成β相碳化硅。

在其中一個實施例中，燒結溫度為1450℃~1550℃。

在其中一個實施例中，燒結過程為：以第一升溫速度從常溫升溫至200℃，然后以第二升溫速度從200℃升溫至300℃，然后以第三升溫速度從300℃升溫至700℃，然后以第四升溫速度從700℃升溫至850℃，然后以第五升溫速度從850℃升溫至燒結溫度，其中，第二升溫速度和第四升溫速度分別小于第一升溫速度、第三升溫速度及第五升溫速度。

在其中一個實施例中，壓制成素坯的壓力為60MPa ~100MPa。