[發(fā)明專利]一種陶瓷防護材料及其制備方法和凝膠電泳裝置

在審

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• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114621000A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 謝炎;劉福田;任意
• 申請（專利權）人: 山東晶盾新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/117
• 分類號: C04B35/117;C04B35/563;C04B35/577;C04B35/622;C04B35/634;C04B35/636;B29C67/24
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司 11002
• 代理人: 錢云

本發(fā)明提供一種陶瓷防護材料及其制備方法和凝膠電泳裝置。所述陶瓷防護材料的制備方法包括凝膠電泳成型的步驟，其中，電泳漿料包括凝膠體系預混液和陶瓷粉末。不同于傳統(tǒng)的干壓成型法、注漿法和凝膠注模法，本發(fā)明采用凝膠電泳成型工藝，不僅保證了防護材料的整體均勻性和致密性，可獲得較高的強度、合理的體積密度、優(yōu)良的斷裂韌性和彈性模量，而且還可以通過調(diào)整工藝參數(shù)或切換漿料來實現(xiàn)防護材料的微觀結構及厚度的調(diào)控。本發(fā)明成型工藝簡單，極大的縮短制備周期，降低生產(chǎn)能耗。利用此工藝生產(chǎn)出的陶瓷防護材料可以顯著提升抗多發(fā)彈打擊性能，對企業(yè)提高生產(chǎn)效益具有重要意義。

技術領域

本發(fā)明涉及陶瓷技術領域，尤其涉及一種陶瓷防護材料及其制備方法和凝膠電泳裝置。

背景技術

防彈衣，用于防護彈頭或彈片對人體的傷害，相當于古代的鎧甲，是一種不可或缺的軍事裝備。大部分的防彈衣是由多層芳綸或者聚乙烯PE制成的，雖然這種防彈衣穿起來比較輕便，但是由于材料和技術的限制，很難防得住步槍以及更高級別的威脅，即使堆疊上很多層防彈纖維，多到足以不被步槍彈擊穿時，也會由于布料的內(nèi)凹變形使部分沖擊由人體吸收，從而對人體構成二次傷害，此時就需要用上防彈插板。另外，一些軍事設備如裝甲車為避免槍彈攻擊破壞也會采用類似防彈插板的防護材料進行防護。

制作防彈插板類防護材料的種類大致可以分為三種：鋼鐵、聚乙烯、陶瓷，其中應用較廣占據(jù)主流的是陶瓷防護材料。

目前，陶瓷防護材料中的陶瓷一般使用氧化鋁、碳化硅和碳化硼這三種不同的材料。陶瓷防護材料的制備通常采用干壓成型法、注漿法和凝膠注模法。但是干壓成型法需要將物料進行球磨和噴霧造粒，能耗較高，對環(huán)境不友好，且干法壓制的產(chǎn)品由于物料距離模具距離不同會出現(xiàn)微觀結構不均勻的情況，從而影響產(chǎn)品效果。傳統(tǒng)注漿成形是依靠多孔模具的毛細管力將漿料中水分吸走從而進行坯體成型，此種成型方式制造出的坯體結構存在明顯不均質(zhì)情況，且以石膏為代表的多孔模具使用壽命很短，不易處理。傳統(tǒng)的凝膠注模成型僅依靠漿料中的單體聚合使坯體成型，需要添加大量的單體，燒結會產(chǎn)生大量氣孔降低了坯體致密性，從而制備得到的陶瓷防護材料其防彈性能也無法滿足越來越高的防護要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種陶瓷防護材料及其制備方法和凝膠電泳裝置。

第一方面，本發(fā)明提供一種陶瓷防護材料的制備方法，包括凝膠電泳成型的步驟，其中，電泳漿料包括凝膠體系預混液和陶瓷粉末。

采用傳統(tǒng)的干壓成型法需要將物料進行球磨和噴霧造粒，能耗較高，對環(huán)境不友好，且干法壓制的產(chǎn)品由于物料距離模具距離不同會出現(xiàn)微觀結構不均勻的情況，從而影響產(chǎn)品效果。注漿成型工藝對漿料的懸浮性要求高，成型時間長，且所得防彈插板均勻性較差，且以石膏為代表的多孔模具使用壽命很短，不易處理。而傳統(tǒng)的凝膠注模法需要使用高品質(zhì)不銹鋼制作的封閉模具，模具成本很高；在將漿料注入到密封模具中需要很高的壓力，導致不銹鋼模具發(fā)生形變，從而影響了產(chǎn)品的外形尺寸；由于需要添加大量有機物成分，導致燒結會坯體內(nèi)部存在大量氣孔，密度偏低；凝膠注模成型最常使用的丙烯酰胺單體是一種神經(jīng)毒素，不利于操作人員的身體健康以及對環(huán)境也有一定的損害。

本發(fā)明創(chuàng)新性地采用凝膠電泳成型，其中工藝機理為通過攪拌或球磨混料將陶瓷粉末顆粒分散于含有有機聚合物單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑等物質(zhì)的水溶液或有機溶液(即凝膠體系預混液)中，制備出低粘度、高固相體積含量(≥60％)、懸浮性穩(wěn)定的漿料。成型時，將制備好的漿料注入成型槽中，然后將具有特殊形狀尺寸的金屬格網(wǎng)板插入漿料中，金屬網(wǎng)格板上覆蓋上一層具有一定孔徑的濾紙或濾布。接通電源，對漿料施加直流電壓，使帶負電荷的漿料粒子往陽極(導電底板)定向移動。由于水能通過濾布，而漿料粒子不能通過從而在濾布上沉積。通過控制漿料固相含量、電壓、時間等參數(shù)可以調(diào)控沉積坯體的厚度和致密性。也可以通過切換漿料中的陶瓷顆粒種類或比例，制備出具有層間梯度的復合陶瓷坯體。