[發明專利]梯度碳化物陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 202110257402.X
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113004041B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 翁幼云;趙靖;翁玉冰
• 申請（專利權）人: 貴州木易精細陶瓷有限責任公司
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/565;C04B35/563;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/645
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 覃蛟

本發明公開了梯度碳化物陶瓷及其制備方法，涉及陶瓷技術領域。梯度碳化物陶瓷的成分包括碳纖維和碳化物，梯度碳化物陶瓷沿厚度方向的兩個端面為第一端面和第二端面，從第一端面至第二端面，碳纖維的含量梯度減小。發明人創造性地制備形成含有碳纖維的碳化物陶瓷，并控制碳纖維的含量從厚度方向上呈梯度分布的狀態，這樣可以顯著提升陶瓷的斷裂韌性，且具有非常好的應用價值。

技術領域

本發明涉及陶瓷技術領域，具體而言，涉及梯度碳化物陶瓷及其制備方法。

背景技術

碳化物陶瓷具有高硬度、高模量、耐磨性好、密度小、抗氧化性強、耐酸堿性強以及良好的中子吸收性能等特點，目前已應用于防彈材料、防輻射材料、耐磨和自潤滑材料、耐酸堿侵蝕材料、切割研磨工具以及原子反應堆控制和屏蔽材料等領域。

其中，碳化硼陶瓷是應用較為廣泛的一種碳化物陶瓷，如碳化硼防彈片。現有的碳化硼防彈片一般是干粉模壓成型、注漿成型、等靜壓成型、凝膠注模成型、注射成型等方法。以上方法制備得到的碳化物陶瓷硬度高、強度大，但是韌性很低，這是制約碳化物陶瓷應用的主要因素之一。如在防彈應用方面，硬度高是防彈陶瓷的主要方面，韌性低又制約了防彈陶瓷的使用。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種梯度碳化物陶瓷及其制備方法，旨在顯著提升碳化物陶瓷的斷裂韌性，擴寬其應用范圍。

本發明是這樣實現的：

本發明提供一種梯度碳化物陶瓷，其成分包括碳纖維和碳化物，梯度碳化物陶瓷沿厚度方向的兩個端面為第一端面和第二端面，從第一端面至第二端面，碳纖維的含量梯度減小。

本發明還提供一種梯度碳化物陶瓷的制備方法，先制備不同碳纖維含量的多個碳化物陶瓷生坯，再將多個碳化物陶瓷生坯疊加之后進行燒結成型。

本發明具有以下有益效果：發明人創造性地制備形成含有碳纖維的碳化物陶瓷，并控制碳纖維的含量從厚度方向上呈梯度分布的狀態，這樣可以顯著提升陶瓷的斷裂韌性，且具有非常好的應用價值。

如本發明實施例中制備得到的梯度碳化物陶瓷作為防彈陶瓷時，含有碳纖維最少的一個端面硬度最高，可以作為迎彈面使用，可將彈頭破壞，隨著彈頭侵入越深入，韌性逐漸提高，避免陶瓷炸裂失去防彈功能。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

本發明實施例提供一種梯度碳化物陶瓷，其成分包括碳纖維和碳化物，梯度碳化物陶瓷沿厚度方向的兩個端面為第一端面和第二端面，從第一端面至第二端面，碳纖維的含量梯度減小。

發明人創造性地制備形成含有碳纖維的碳化物陶瓷，并控制碳纖維的含量從厚度方向上呈梯度分布的狀態，這樣可以顯著提升陶瓷的斷裂韌性。隨著碳纖維的含量加大，可以將斷裂韌性值提高到6-8MPa.M1/2，而用現有的常規方法制備的碳化硅陶瓷的斷裂韌性值只有3-5MPa.M1/2。

從第一端面至第二端面，碳纖維的質量分數從10-50％梯度減小至0-10％；優選地，從第一端面至第二端面，碳纖維的質量分數從15-25％梯度減小至0-3％。通過控制碳纖維的含量，在保證硬度的前提下最大程度上提升斷裂韌性。

具體地，碳化物選自碳化硼和碳化硅中的至少一種；優選為碳化硼。以上兩種碳化物均適合于制備碳化物陶瓷，且性能較為優異。

本發明實施例還提供一種梯度碳化物陶瓷的制備方法，先制備不同碳纖維含量的多個碳化物陶瓷生坯，再將多個碳化物陶瓷生坯疊加之后進行燒結成型。通過控制不同碳纖維含量的碳化物陶瓷生坯的排布順序，制備形成碳纖維含量呈梯度變化的陶瓷材料。