[發明專利]一種B4在審

申請號：	202011048826.7	申請日：	2020-09-29
公開（公告）號：	CN112142473A	公開（公告）日：	2020-12-29
發明（設計）人：	岳新艷;茹紅強;王建軍;王偉;張翠萍;黃云濤	申請（專利權）人：	東北大學
主分類號：	C04B35/563	分類號：	C04B35/563;C04B35/622;C04B35/64;C04B35/645;C04B35/71
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【說明書】：

本發明的一種B₄C基雙層陶瓷復合材料及其制備方法，屬于材料技術領域，該復合材料的制備方法包括配料、混料、干燥、熱壓燒結或無壓燒結等步驟，配料：按比例分別稱取雙層復合材料的碳化硼陶瓷層和增韌層的配料，其中碳化硼陶瓷層分別按比例稱取B₄C粉1、Ti粉和C粉；增韌層分別按比例稱取B₄C粉2，Ti₃SiC₂粉，Si粉和用于原位反應生成W₂B₅所需要的B₄C粉3和WC粉；混料：分別將每層稱好的原料，混料后干燥過篩；控制相應工藝過程，采用熱壓或無壓燒結后，冷卻至室溫，制得B₄C基雙層陶瓷復合材料。本發明采用熱壓或無壓層狀復合的方法，通過宏觀雙層結構以及反應自生多相復合增韌機制，大幅改善B₄C陶瓷材料的力學性能。

技術領域：

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種B₄C基雙層陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術：

隨著世界范圍內恐怖活動的蔓延及局部地區戰爭的不斷升級，在戰爭和突發的爆炸事件中防彈材料對于安全防護所起的作用越來越大。當今新的戰斗形式和更高的威脅等級對防彈材料提出高硬度、高強度、高韌性和低密度等性能要求。金屬防彈材料可以用于人體防護和機車防護，但由于其密度較大，常常靠增加防彈材料的厚度來實現抗彈效果，而使用過厚過重的防彈材料，對于防護對象來說不僅犧牲了其有效載荷，同時也降低了其操縱性和靈活性。因此輕質的防彈裝甲材料已成為目前研究和發展的重點和趨勢。作為裝甲防彈材料的玻璃鋼具有高強度和低密度的特點，纖維材料具有密度低和韌性好的優點，然而它們的硬度都比較低。陶瓷材料具有密度低、熱膨脹系數小、強度高、硬度大、抗氧化、耐高溫、良好的高溫耐磨性和蠕變性能等優異的綜合性能，因此成為很有潛力的裝甲防護材料。其中B₄C陶瓷具有很小的體積密度、高硬度、高熔點和高中子吸收截面等性能，能夠很好地滿足輕質裝甲材料的要求。然而B₄C高的共價鍵含量和較低的自擴散系數，使得B₄C陶瓷的致密化燒結需要較高的燒結溫度。另外，由于B₄C較低的斷裂韌性極大地限制了其在輕質陶瓷裝甲材料、噴嘴和研磨用耐磨部件材料等方面的廣泛應用，因此如何提高B₄C陶瓷材料的斷裂韌性成為其應用于裝甲防護材料亟待解決的問題。層狀復合結構及第二相增韌技術可使陶瓷材料實現有效增韌，目前國內外的研究集中在使用硼化物,碳化物,氧化物,氮化物和金屬等單一第二相增韌B₄C陶瓷材料，關于宏觀層狀B₄C基陶瓷復合材料的報道尚不多見。近年來研究者們注意到材料的組成和結構的梯度分布可以較好地調控材料的微觀形貌和力學性能，因此本專利結合宏觀層狀結構和復合第二相增韌的技術，制備致密的B₄C基雙層陶瓷復合材料，其中B₄C陶瓷層使用B₄C、Ti和C為原料，B₄C增韌層使用B₄C、Ti₃SiC₂、Si和WC為原料，經模壓成型后采用熱壓或無壓燒結，在1850～2050℃下合成該復合材料。已有的實驗結果顯示在該燒結溫度范圍可獲得高致密度且性能優良的B₄C基雙層陶瓷復合材料。