一种防弹陶瓷片及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种防弹陶瓷片及其制备方法，防弹陶瓷片第一层，第三层，第五层成分为质量百分比为82-99%Al2O3+9-0.5%Y2O3+9-0.5%MgO，第二和第四层成分按质量百分比为70-95%SiC+5-30%Si；烧结后复合式三明治结构的防弹陶瓷片的Al2O3层与SiC层的厚度比为10-20:1；可作为人体、装甲的硬质防弹材料使用。该方法利用Si的氧化产物SiO2，包裹在SiC微粉的表面，避免其氧化，得到具有层状结构的防弹陶瓷片；SiO2与Al2O3发生反应，生成莫来石相，促进Al2O3层和SiC+Si层的有效结合，以便陶瓷片在收到冲击的过程中传递能量。
【专利说明】一种防弹陶瓷片及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机非金属材料【技术领域】，具体涉及一种防弹陶瓷片及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 人体防护装备在国防、社会治安等领域有着广阔的市场前景，世界各国对此都很 重视，开发出了多种新型防弹材料。对于不同用途的防弹材料，具体要求不尽相同，但基本 要求均包括以下3个方面：（1)防弹材料吸收的能量越多越好，这是最基本的要求；(2)防 弹材料质量越轻越好，用质量轻的防弹材料做成的防弹衣和防弹头盔等装备，穿着轻便、舒 适、灵活，心理感觉良好；(3)制造成本低廉，造价低的防弹材料，易于实现产业化，在市场 上具有竞争力。复合防护体系中陶瓷硬层无论从质量、生产成本，还是耗能方面都具有最大 的优势。
[0003] 目前，国内外使用的防弹陶瓷材料主要有A1203、B 4C、SiC、TiB2、AIN、Si3N4、Sialon 等，其相关性能见表I : 表1常用防弹陶瓷材料的性能
【权利要求】
1. 一种防弹陶瓷片，其特征在于：该防弹陶瓷片的上表面第一层、中心层第三层、下表 面第五层成分按质量百分比为82-99% A1203 + 9-0. 5% Y203 + 9-0. 5% MgO,其间的第二和 第四层成分按质量百分比为70-95% SiC + 5-30% Si;烧结后复合式三明治结构的防弹陶 瓷片的A1203层与SiC层的厚度比为15-20:1。
2. -种防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于包括以下步骤： (1) 将A1203、Y203和MgO粉料按比例称量后装入球磨罐中，加入与粉体相同质量的去 离子水，采用刚玉球作为研磨介质进行湿磨，完成湿磨工艺后，将浆料从球磨罐转移到瓷质 容器中，在鼓风干燥箱中在60-120 °C温度条件下烘干至恒重，将粉料再次装入球磨罐中进 行干磨，干磨后的粉料加水进行陈腐、造粒工艺处理，然后将A1203、Y20 3和MgO的组合物进行 初次压制，制成片状式样的组合物片； (2) 将SiC粉料和Si粉料按比例称量后装入球磨罐中，加入与粉体相同质量的去离子 水，采用刚玉球作为研磨介质进行湿磨，完成湿磨工艺后，将浆料从球磨罐转移到瓷质容器 中，在鼓风干燥箱中50-90 °C温度条件下烘干至恒重，将烘干后粉料再次装入球磨罐中进 行干磨，干磨后的粉料加水进行陈腐、造粒工艺处理，然后将SiC+Si的组合物进行初次压 制，制成片状式样的组合物片； (3) 将经过初次压制的A1203、Y203和MgO的组合物片和SiC+Si的组合物片按照次序叠 放起来，进行二次压制，制成坯片； (4) 将经过二次压制的，具有复合式三明治结构的Al203+Y203+Mg0和SiC+Si坯片在空 气气氛下，按照一定的升温程序从室温逐步升高温度至1600°C左右进行烧结，最终获得具 有复合式三明治结构的防弹陶瓷片。
3. 根据权利要求2所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于：步骤（1)和（2)中所用 的A1203粉料纯度为99. 7%，粒度为2-3微米，Y203和MgO纯度均为99. 7%，粒度为2-3微米； SiC微粉纯度为99%，平均粒径为0. 5微米，Si粉纯度为98. 5%，平均粒径为0. 5微米。
4. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于：步骤（1)和（2)中 所用的球磨工艺，包括湿磨和干磨，球磨机的转速为400转/分钟，球磨时间为120分钟。
5. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于：步骤（1)和（2)中 所用的陈腐工艺为，将干粉料放在研钵中，加入一定量的5%PVA粘结剂，最终5%PVA粘结剂 的质量占粉料总质量的0.3-0. 5%，然后研磨均匀，装入塑料袋中密封，室温放置24 h实现 水分均匀化。
6. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于步骤（1)和（2)中 所用的造粒工艺为：将陈腐后粉料装入模具中，在压强为40-80 MPa条件下，用压机模压粉 料，然后将原料条敲碎分别过80目和100目筛网，取出80目和100目筛网中间的颗粒，将 取出的颗粒放入不锈钢锅中缓慢摇动以去除棱角。
7. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于步骤（1)和（2)中所 用的初次模压工艺为：将造粒好的粉料放入模具中，用压机在70MPa压强条件下压制粉料， 以形成组合物片。
8. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于步骤（3)中所用的二 次压制工艺为：在80-120 MPad压强条件下压制组合物片，以形成具有复合式三明治结构 的 Al203+Y203+Mg0 和 SiC+Si 坯片。
9. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于步骤（4)中所用防弹 片的烧结工艺的升温速度和时间：在0-400°C阶段为1_4°C /min的速度升温，在400-500°C 阶段为1_5°C /min的速度升温，在500-1000°C为2-5°C /min的速度升温，在达到100°C时 保温lh，在1000 - 1600°C左右为1_5°C /min的速度升温，最高温度保温l-4h。
10. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于步骤（1)中 Al203+Y203+Mg0组合物进行初次压制成片状式样，片状厚度为1. 5 - 3mm，步骤（2)中 SiC+Si进行初次压制成片状式样，片状厚度为0. 1-0. 3mm。
11. 根据权利要求2或3所述防弹陶瓷片的制备工艺，其特征在于：步骤（1)中A1203、 Y203和MgO粉料按97-99 : 0.5-1. 5 : 0.5-1. 5比例称量，步骤（2) SiC粉料和Si粉料按 75-85 : 15-25比例称量。
【文档编号】C04B35/622GK104329988SQ201410546009
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】高朋召, 颜进, 林海军, 高波, 林明清, 吴传清 申请人:湖南中泰特种装备有限责任公司