专利名称：多孔金属封装陶瓷复合防护板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷/金属复合材料技术领域，具体涉及多孔金属封装陶瓷复合防护板及其制备方法。
背景技术：
关于陶瓷/金属复合防护材料或结构，主要有结构可靠性、重量和成本(主要包括材料和制造两方面的成本)等方面的考虑，一般可应用于坦克、车辆(如装甲车和运钞车)、船舶舰艇和武器直升机等防弹或防爆场合，其制备方法也主要包括胶粘、机械固定和各种热加工工艺(如铸造、热压等)。目前，关于陶瓷/金属复合装甲，主要包括层叠复合(如传统的双层、陶瓷夹芯和多层陶瓷结构)、陶瓷增强金属匀质复合、梯度复合、侧向约束和三维约束等基本类型，其中三维约束类型主要采用焊接结构固定陶瓷板和采用热加工工艺形成金 属封装陶瓷结构。一般地，金属封装陶瓷复合装甲是一类具有有效三维陶瓷约束，良好的陶瓷/金属界面冶金结合特征的新型陶瓷复合装甲，它特别具有优良的抗冲击、抗崩落和抗多次打击能力。目前，金属封装陶瓷复合装甲主要采用组件热压集成法或扩散焊(如美国专利20060137517和国际专利2009045584)、金属组件与陶瓷粉末原位反应烧结法(如国际专利2006083319)、陶瓷块体和金属粉末先经冷等静压成型后真空烧结或热等静压法(如美国专利 4987033 和 Holmquist TJ, Modeling prestressed ceramicand its effect on ballistic performance. International Journal of ImpactEngineering, 2005，31 (2) : 113-127)、金属热喷涂沉积法(如美国专利20060105183)和金属铸造(或熔覆)法(如国际专利2003078158-A1、美国专利20060141237-A1和文献BaoYff, et al. Prestressedceramics and improvement of impact resistance. MaterialsLetters，2002，57 (2) :518 - 524)。此外，尽管文献(王曙光，金属封装陶瓷复合装甲抗弹性能研究.弹道学报，2009, 21 (4) :68 - 71)中也涉及到采用上述组件集成类型的方法形成的金属封装陶瓷复合装甲，但未涉及具体制备方法。值得指出的是，上述所有的专利和文献中均未采用多孔金属作为封装金属，也未对陶瓷板进行任何表面处理，且要么只有单层陶瓷板，要么未对多层陶瓷板从软到硬排布。另外，中国专利(ZL200710018553. X“一种金属/陶瓷复合材料的装甲及其制备方法”)针对氧化铝陶瓷在预先对其进行孔道设计和Mo-Mn烧结金属化处理的基础上，采用铝合金铸造方法制备了互穿型陶瓷/金属复合材料的装甲，但由于其附设陶瓷的侧向约束，所以它不属于金属封装陶瓷复合材料或结构。而中国专利(ZL200910092483 “由金属陶瓷熔覆层-金属组成的复合装甲板的制备方法”)的实质是陶瓷封装金属复合装甲板。中国专利(ZL200510086629. 3 “一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法”)提供了一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法，其金属面板和金属背板与钢蜂窝陶瓷夹芯中间层通过胶粘而成，而侧面金属与上下金属板通过钎焊连接而成。中国实用新型(ZL201120157507. X “一种抗弹性能优异的陶瓷装甲结构”)提供了一种由铝合金蜂窝芯板结构体和双层陶瓷板构成的陶瓷装甲结构，其表层为迎弹陶瓷板(即不是金属封装结构)，且两陶瓷板之间没有间隙，且通常胶粘而成。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供多孔金属封装陶瓷复合防护板及其制备方法，该复合防护板具有质轻及优良的抗冲击性能，其制备方法制造成本低，解决了陶瓷/金属之间胶接、仅轴向或侧向约束等弱结合或约束，能够为陶瓷提供最大程度的结构限制，实现了陶瓷的有效三维约束。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是多孔金属封装陶瓷复合防护板，包括至少一层陶瓷芯板1，还包括将至少一层陶瓷芯板I包裹并和其冶金结合为一体的多孔金属3。 当陶瓷芯板I为多层时，从复合防护板的迎弹面到背弹面方向，所述陶瓷芯板I按材料硬度从小到大的顺序排布。所述陶瓷芯板I为实心板或其上分布有多个通孔2的板，当陶瓷芯板I为多层且含有两层及以上带有多个通孔2的陶瓷芯板I时，相邻层的陶瓷芯板I上的多个通孔2相互错位。所述多孔金属3的材料采用Al合金、Mg合金或钢。所述陶瓷芯板I的材料采用A1203、SiC或B4C基陶瓷。
多孔金属封装陶瓷复合防护板的制备方法，包括如下步骤步骤I :制备陶瓷芯板I ;步骤2 :对陶瓷芯板I进行表面金属陶瓷化处理；步骤3 :将陶瓷板悬空垂直固定于型腔内，再采用熔体发泡法或渗流法将金属熔体分别与发泡剂或填料颗粒加入型腔内，然后经过负压抽气处理形成多孔金属3，或采用粉末冶金法，将包含金属与发泡剂的粉末混合成均匀粉末，再用混合粉末将单层或多层陶瓷板包裹置于模具中压力成型，然后加热使金属粉末发泡，并烧结成多孔金属3 ；步骤4 :采用刨、铣等机加工手段对铸件毛坯加工成预设外形尺寸的复合板。步骤2所述的对陶瓷芯板I进行表面金属陶瓷化处理，具体过程为采用TiH2粉末、草酸乙二酯和胶棉溶液比例为IOg 5ml 10ml调制好的TiH2膏剂涂覆在陶瓷芯板I所有外表面，待干燥后置于真空炉内，抽真空至彡KT1Pa,然后以彡IO0C /min升温至1200 -1400°C，保温30 - 90分钟，再以彡IO0C /min冷却至室温。步骤3所述的熔体发泡法，对于多孔铝合金采用熔体发泡法，具体方法为将铝合金放入坩埚内加热至熔化温度，待铝合金完全熔化后加入占铝合金重量百分比3. 5wt. %的增粘剂和占铝合金重量百分比O. 5wt. %的Mg，待熔体达到预设粘度时加入占铝合金重量百分比I. 5wt. %的发泡剂TiH2,并高速搅拌使其弥散均匀，随后将其灌入石墨铸型内，并将石墨铸型放入电阻炉保温数分钟，然后随炉冷却或者空冷，脱模即可。步骤3所述的渗流法，对于多孔镁合金和铝合金采用渗流法，采用渗流法制备多孔镁合金的方法为将镁合金熔化并进行精炼和除气处理，并将MgSO4焙烧去除结晶水和杂质，然后经过筛分得到不同规格的MgSO4填料颗粒，再将选定尺寸的填料颗粒放入型腔中，随后将熔融的镁合金倒入型腔中，锁上型腔顶盖，开真空泵开始抽取型腔内的空气，使镁合金液进入到粒子空隙中去，最后经脱溶处理即可；采用渗流法制备多孔铝合金的方法为将10目过筛好的食盐加热到600°C后不断搅拌，使其受热均匀，并且保温O. 5h让食盐中的水分完全蒸发，然后将铝合金熔化，随后把食盐加入型腔内，并将熔化的铝合金倒进型腔内，锁上型腔顶盖，开真空泵开始抽取金属型的空气，使铝液进入到粒子空隙中去，待铝液凝固后，取出整个铸件用水溶法将粗食盐去除即可。步骤3所述的粉末冶金法，对于多孔钢采用粉末冶金法，具体方法为将按比例选取400目的97. 25wt. %还原钢粉、2. 5wt. %石墨粉和O. 25wt. %发泡剂SrCO3进行配料，然后在用球磨机进行混料、球磨4小时，随后将陶瓷芯板、混合粉末置于模具中进行压制成型，最后将压制好的坯体放入真空炉在1300°C下进行烧结2 3小时。本发明和现有技术相比，具有如下优点
I、由于本发明采用多孔金属3将陶瓷芯板I包裹并和陶瓷芯板I冶金结合为一体，因此，能够更好地发挥陶瓷材料的高强度、高硬度、低密度以及多孔金属塑韧性好、吸能、抗冲击等优点；最大程度地实现多孔金属3对陶瓷芯板I三维有效约束，具有优良的抗冲击、抗侵彻、抗崩落和抗多次打击等特性；2、由于从复合防护板的迎弹面到背弹面方向，陶瓷芯板I按材料硬度从小到大的顺序排布，有利于充分发挥复合防护板的抗侵彻能力；3、由于相邻层的陶瓷芯板I上的多个通孔2相互错位，可有效提高复合防护板抗弹性能的均匀性；4、本发明制备方法具有工艺简单，成本相对低廉，可制造出各种规格尺寸的装甲，适于规模化生产；5、本发明多孔金属封装陶瓷复合防护板适用于坦克、装甲车辆等多种防弹或防爆场合；采用多孔轻金属(如Al、Mg合金)封装陶瓷复合板，具有明显质轻、抗冲击性能好的特点，可适用于武器直升机、舰船、运钞车等防弹或防爆场合。
图I为本发明的一种多孔金属封装单层陶瓷复合防护板的剖面示意图。图2为本发明的多孔金属封装双层陶瓷复合防护板的剖面示意图，其中图2 (a)为采用两层实心陶瓷板形成的复合防护板的剖面示意图，图2 (b)为上层和下层陶瓷板分别采用多通孔和实心陶瓷板形成的复合防护板的剖面示意图。图3为本发明的一种多孔金属封装三层陶瓷复合防护板的剖面示意图。图4为本发明的实心和多通孔陶瓷板的结构示意图，其中图4 (a)为实心陶瓷板的外观示意图，图4 (b)多通孔陶瓷板的外观示意图，图4 (c)多通孔陶瓷板的剖面示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图1、2、3所示，本发明多孔金属封装陶瓷复合防护板，包括至少一层陶瓷芯板1，还包括将至少一层陶瓷芯板I包裹并和其冶金结合为一体的多孔金属3。陶瓷芯板I为实心板或其上分布有多个通孔2的板，当陶瓷芯板I为多层且含有两层及以上带有多个通孔2的陶瓷芯板I时，相邻层的陶瓷芯板I上的多个通孔2相互错位。如图I所示，为本发明的一种多孔金属封装单层陶瓷复合防护板的结剖面示意图，图中的陶瓷芯板I为实心陶瓷板。如图2所示，为本发明的多孔金属封装双层陶瓷复合防护板的剖面示意图，其中图2 (a)为采用两层实心陶瓷板形成的复合防护板的剖面示意图，图2 (b)为上层和下层陶瓷板分别采用多通孔和实心陶瓷板形成的复合防护板的剖面示意图。如图3所示，为本发明的一种多孔金属封装三层陶瓷复合防护板的剖面示意图，其中第一层和第二层陶瓷板为多通孔陶瓷板，且两层通孔之间相互错位，第三层为实心陶瓷板。
优选的，当陶瓷芯板I为多层时，从复合防护板的迎弹面到背弹面方向，所述陶瓷芯板I按材料硬度从小到大的顺序排布。优选的，多孔金属3的材料采用Al合金、Mg合金或钢。优选的，陶瓷芯板I的材料采用A1203、SiC或B4C基陶瓷。本发明多孔金属封装陶瓷复合防护板的制备方法，包括如下步骤步骤I :制备陶瓷芯板I :步骤2 :对陶瓷芯板I进行表面金属陶瓷化处理；步骤3 :将陶瓷板悬空垂直固定于型腔内，再采用熔体发泡法或渗流法将金属熔体分别与发泡剂或填料颗粒加入型腔内，然后经过负压抽气处理形成多孔金属3，或采用粉末冶金法，将包含金属与发泡剂的粉末混合成均匀粉末，再用混合粉末将单层或多层陶瓷板包裹置于模具中压力成型，然后加热使金属粉末发泡，并烧结成多孔金属3 ；步骤4 :采用刨、铣等机加工手段对铸件毛坯加工成预设外形尺寸的复合板。优选的，步骤2所述的对陶瓷芯板I进行表面金属陶瓷化处理，具体过程为采用TiH2粉末、草酸乙二酯和胶棉溶液比例为IOg 5ml 10ml调制好的TiH2膏剂涂覆在陶瓷芯板I所有外表面，待干燥后置于真空炉内，抽真空至彡KT1Pa,然后以彡IO0C /min升温至1200-1400°C，保温30 - 90分钟，再以彡10°C /min冷却至室温。步骤3所述的熔体发泡法，对于多孔铝合金采用熔体发泡法，具体方法为将铝合金放入坩埚内加热至熔化温度，待铝合金完全熔化后加入占铝合金重量百分比3. 5wt. %的增粘剂和占铝合金重量百分比O. 5wt. %的Mg，待熔体达到预设粘度时加入占铝合金重量百分比I. 5wt. %的发泡剂TiH2,并高速搅拌使其弥散均匀，随后将其灌入石墨铸型内，并将石墨铸型放入电阻炉保温数分钟，然后随炉冷却或者空冷，脱模即可。步骤3所述的渗流法，对于多孔镁合金和铝合金采用渗流法，采用渗流法制备多孔镁合金的方法为将镁合金熔化并进行精炼和除气处理，并将MgSO4焙烧去除结晶水和杂质，然后经过筛分得到不同规格的MgSO4填料颗粒，再将选定尺寸的填料颗粒放入型腔中，随后将熔融的镁合金倒入型腔中，锁上型腔顶盖，开真空泵开始抽取型腔内的空气，使镁合金液进入到粒子空隙中去，最后经脱溶处理即可；采用渗流法制备多孔铝合金的方法为将10目过筛好的食盐加热到600°C后不断搅拌，使其受热均匀，并且保温O. 5h让食盐中的水分完全蒸发，然后将铝合金熔化，随后把食盐加入型腔内，并将熔化的铝合金倒进型腔内，锁上型腔顶盖，开真空泵开始抽取金属型的空气，使铝液进入到粒子空隙中去，待铝液凝固后，取出整个铸件用水溶法将粗食盐去除即可。步骤3所述的粉末冶金法，对于多孔钢采用粉末冶金法，具体方法为将按比例选取400目的97. 25wt. %还原钢粉、2. 5wt. %石墨粉和O. 25wt. %发泡剂SrCO3进行配料，然后在用球磨机进行混料、球磨4小时，随后将陶瓷芯板、混合粉末置于模具中进行压制成型，最后将压制好的坯体放入真空炉在1300°C下进行烧结2 3小时。实施例I一、制备Al2O3陶瓷芯板。(I)陶瓷成型采用模压成型工艺，将球磨(加无水乙醇，球磨36h)、造粒(造粒用胶为含10%聚乙烯醇的溶液)和过筛(200目)好的含97wt%Al203、I. 5wt%Si02和I. 5wt%Mg0的氧化招陶瓷粉体，置于长、宽、高为分别为150mm、150mm、15_的金属模具中，加载压力约为40MPa，保压30秒，成型后陶瓷坯体厚度为15mm。成型后陶瓷坯体的排胶工艺采用缓慢 升温至450°C，保温2h，并缓慢冷却。本实施例成型工艺也可采用热压铸、注浆、冷等静压等工艺。(2)烧结在高温空气炉下烧结，温度1650°C，烧结时间2. 5h。二、陶瓷芯板表面处理采用TiH2粉末、草酸乙二酯和胶棉溶液(比例为IOg 5ml :10ml)调制好的TiH2膏剂涂覆在陶瓷所有外表面，待干燥后置于真空炉内，缓慢升温至1200°C，保温90分钟即可。三、采用发泡法制备多孔铝合金，形成多孔金属封装陶瓷复合板首先，采用Mo丝固定陶瓷芯板，使其悬空垂直固定于石墨铸型内，其中陶瓷板与石墨铸型各侧之间的间隙为IOmm ;然后将Al合金(牌号为ZL102)放入坩埚内在电阻炉内加热至融化温度(约700°C)，待铝合金完全熔化后加入占铝合金重量百分比3. 5wt. %的增粘剂和占铝合金重量百分比O. 5wt. %的Mg，待熔体达到预设粘度时加入占铝合金重量百分比I. 5wt. %的发泡剂TiH2,并高速搅拌使其弥散均匀，随后将其灌入石墨铸型内，并将石墨铸型放入电阻炉保温数分钟，然后随炉冷却或者空冷，脱模即可。四、毛坯加工。采用刨、铣等机加工手段对铸件毛坯加工成各侧金属厚度均为10mm，即得一种如图I所示的多孔金属封装单层陶瓷复合防护板。实施例2一、制备SiC陶瓷芯板(I)陶瓷成型采用注浆成型工艺，先将质量比为4:1的工业a-SiC粉末和石油焦粉混合、球磨成均匀粉体，再加入分散剂溶液(丙烯酰胺与去离子水的质量比约为1:20)中，然后再加入引发剂(每升浆料含O. 2wt.%过硫酸铵)和交联剂(每升浆料含O. lwt. %N-N-N' -N’ -四甲基乙二胺)，充分球磨和搅拌分散，制得室温下稳定的浆料，其中浆料的固相含量为50%，最后将调制好的浆料注入预先设计制备好的石膏模型内，待固化、干燥、脱模即可得坯体。(2)反应烧结将上述步骤制备好的坯体，置于真空炉内，并用工业纯硅粉覆盖，缓慢加热至1550°C烧结60min,即可反应烧结制备成一定外形尺寸(125mmX 125mmX 10mm)的SiC陶瓷芯板。
二、陶瓷芯板表面处理。采用实施例一制备好的TiH2膏剂涂覆在陶瓷芯板所有外表面，待干燥后置于真空炉内，缓慢升温至1300°C，保温60分钟即可。三、采用粉末冶金方法制备多孔钢，形成多孔金属封装陶瓷复合板。首先，将按比例选取400目的97. 25wt. %还原钢粉、2. 5wt. %石墨粉和O. 25wt. %发泡剂(SrCO3)进行配料，然后在用滚筒式球磨机进行混料、球磨4小时，随后将陶瓷芯板、混合粉末置于模具中进行压制成型，最后将压制好的坯体放入真空炉在1300°C下烧结2小时。四、毛坯加工。采用刨、铣等机加工手段对毛坯机加工成各侧钢厚度均为6mm的一种如图I所示的多孔金属封装单层陶瓷复合防护板。··实施例3一、制备SiC/B4C复合陶瓷芯板(I)陶瓷成型采用模压成型工艺，将市售的a -SiC粉末、B4C和碳粉末按一定质量比(a -SiC:B4C:C=90:8:2)进行混合、球磨成均匀粉体，再经造粒(造粒用胶为含10%聚乙烯醇的溶液)和过筛(100目),最后模压成型至尺寸为125mmX 125mmX IOmm的陶瓷还体。(2)无压烧结将上述成型好的陶瓷坯体置于高温真空炉，在Ar气保护气氛下，力口热至 2150°C保温 120min。二、陶瓷板表面处理。采用实施例一制备好的TiH2膏剂涂覆在陶瓷所有外表面，待干燥后置于真空炉内，缓慢升温至1400°C，保温30分钟即可。三、采用渗流法制备多孔Mg合金，形成多孔金属封装陶瓷复合防护板。采用不锈钢棒辅助将SiC/B4C复合陶瓷板悬空固定于金属型内，其中陶瓷板与金属型各侧间隙设置为10mm。同时将ZM5镁合金锭在750°C熔化并进行精炼和除气处理，并将MgSO4焙烧去除结晶水和杂质，然后经过筛分得到不同规格的MgSO4填料颗粒，再将选定尺寸的填料颗粒放入铸型中，随后将熔融的镁合金倒入铸型中，锁上模具顶盖，开真空泵开始抽取模具的空气，使镁合金液进入到粒子空隙中去，此时得到镁合金-MgSO4填料的复合体，最后经脱溶处理即可得到一种多孔金属封装单层陶瓷复合防护板毛胚。四、毛坯加工。采用刨、铣等机加工手段对毛坯加工成各侧Mg合金厚度均为8mm的一种如图I所示的多孔金属封装陶瓷复合防护板。实施例4一、制备Al2O3和SiC陶瓷板。制备Al2O3和SiC陶瓷板具体工艺分别与实施例I和2相同。二、陶瓷板表面处理。Al2O3和SiC陶瓷板的表面处理分别与实施例I和2相同。三、采用发泡法制备多孔铝合金，形成多孔金属封装陶瓷防护复合板首先，采用石墨棒辅助将Al2O3和SiC陶瓷固定于石墨型内(四周间隔IOmm,两陶瓷板之间间隔5mm);然后将Al合金(牌号为ZL102)放入坩埚内在电阻炉内加热至融化温度(约700°C)，待铝合金完全熔化后加入占铝合金重量百分比3. 5wt. %的增粘剂和占铝合金重量百分比O. 5wt. %的Mg，待熔体达到预设粘度时加入占铝合金重量百分比I. 5wt. %的发泡剂TiH2,并高速搅拌使其弥散均匀，随后将其灌入石墨铸型，并放入电阻炉保温数分钟，然后随炉冷却或者空冷，脱模即可。四、毛坯加工。采用刨、磨或铣等机加工手段对铸件毛坯加工成各侧金属厚度均为6mm，即得如图
2Ca)所示的一种多孔金属封装双层实心陶瓷复合防护板。实施例5
一、制备多通孔SiC陶瓷芯板和实心B4C陶瓷芯板(I)制备多通孔SiC陶瓷芯板。①陶瓷成型采用注浆成型工艺。先将质量比为4:1的工业a -SiC粉末和碳粉混合、球磨成均匀粉体，再加入分散剂溶液(丙烯酰胺与去离子水的质量比约为1:20)中，然后再加入引发剂(每升浆料O. 2wt. %过硫酸铵)和交联剂(每升浆料O. lwt. % N-N-N' -N'-四甲基乙二胺)，充分球磨和搅拌分散，制得室温下稳定的浆料，其中浆料的固相含量为50%，最后将调制好的浆料注入预先设计制备好的石膏模型(要求=SiC陶瓷芯板的坯体外形尺寸为125mmX 125mmX IOmm ;通孔为直孔、孔径为06相邻孔间距为15mm)内，待固化、干燥、脱模即可得坯体。②反应烧结将上述步骤制备好的坯体，置于真空炉内，并用工业纯硅粉覆盖，缓慢加热至1550°C烧结60min，即可反应烧结制备成具有多个通孔特征的SiC陶瓷芯板。(2)制备实心SiC/B4C陶瓷芯板。制备实心SiC/B4C陶瓷芯板具体工艺同实施例3。二、陶瓷板表面处理。多通孔SiC和SiC/B4C陶瓷板的表面处理分别同实施例2和3。三、采用粉末冶金方法制备多孔钢，形成多孔金属封装陶瓷复合防护板首先，将按比例选取400目的97. 25wt. %还原钢粉、2. 5wt.%石墨粉和O. 25wt.%发泡剂(SrCO3)进行配料，接着在用滚筒式球磨机进行混粉，球磨4小时，然后将两层陶瓷板和混合粉末放置于模具进行压制成型(陶瓷芯板四周陶瓷粉末厚约10_，陶瓷板之间间隔约5mm,多通孔SiC陶瓷芯板置于实心SiC/B4C陶瓷芯板上面)，最后将压制好的坯体放入真空炉在1300°C下烧结3小时。四、毛坯加工。采用刨、磨或铣等机加工手段对铸件毛坯加工成各侧金属厚度均为10mm，即得一种如图2 (b)所示的多孔金属封装双层陶瓷复合防护板。实施例6一、制备多通孔的Al2O3和SiC陶瓷芯板及实心SiC/B4C陶瓷芯板。(I)制备多通孔Al2O3陶瓷板①陶瓷成型采用模压成型工艺。将滚混球磨(加无水乙醇，球磨36h)、造粒(造粒用胶含10%聚乙烯醇溶液)和过筛(200目)好的含95wt%Al203、2. 5wt%Si02和2. 5wt%Mg0的氧化铝陶瓷粉体，置于150X 150mm的金属模具中，加载压力为 40MPa，保压15 30秒，成型后陶瓷坯体厚度为14mm。成型后陶瓷坯体的排胶工艺采用缓慢升温至450°C，保温2h，并缓慢冷却。本实施例成型工艺也可采用热压铸、注浆、冷等静压等。②预烧结将排胶后的氧化铝陶瓷坯体，在空气炉中于1100°C进行预烧结，保温Ih0③孔加工采用普通钻床，将预烧结好的氧化铝陶瓷板加工成孔径为0=5mm，孔间距d=15mm的多通孔陶瓷板，所有孔必须贯穿陶瓷板，并倒角。④终烧结将加工好通孔5的陶瓷板置于空气炉内于1550°C下进行终烧结2h制得陶瓷板。(2)制备多通孔SiC陶瓷板，同实施例5。(3)制备实心SiC/B4C陶瓷板，同实施例5。
二、陶瓷板表面处理。A1203、SiC和SiC/B4C陶瓷板的表面处理分别同实施例1、2和3。三、采用渗流法制备多孔铝合金，形成多孔金属封装陶瓷复合防护板。首先，采用不锈钢柱辅助依次将多通孔的Al2O3和SiC陶瓷板、实心SiC/B4C复合陶瓷板悬空固定于金属型内(陶瓷板四周陶瓷粉末厚约10mm，陶瓷板之间间隔约5mm，第一层Al2O3陶瓷板的通孔与第二层SiC陶瓷板的通孔相互错位)；然后，将10目过筛好的食盐加热到600°C后不断搅拌，使其受热均匀，并且保温O. 5h让食盐中的水分完全蒸发，然后把热电炉加热温度调到720V，将铝锭融化，接着把粗食盐装入金属型内，两者进行预热处理，把温度调到450°C，当铝锭融化后，将铝液倒进金属型内，锁上金属型顶盖，开真空泵开始抽取金属型的空气，使铝液进入到粒子空隙中去，待铝液凝固后，取出整个铸件用水溶法将粗食盐去除，即可得到一种多孔金属封装三层陶瓷复合防护板。四、毛坯加工采用刨、磨或铣等机加工手段对铸件毛坯加工成各侧金属厚度均为6mm的一种如图3所示的多孔金属封装三层陶瓷复合防护板。
权利要求
1.多孔金属封装陶瓷复合防护板，包括至少一层陶瓷芯板(1)，其特征在于还包括将至少一层陶瓷芯板(I)包裹并和其冶金结合为一体的多孔金属(3)。
2.根据权利要求I所述的多孔金属封装陶瓷复合防护板，其特征在于当陶瓷芯板(I)为多层时，从复合防护板的迎弹面到背弹面方向，所述陶瓷芯板(I)按材料硬度从小到大的顺序排布。
3.根据权利要求I所述的多孔金属封装陶瓷复合防护板，其特征在于所述陶瓷芯板(I)为实心板或其上分布有多个通孔(2)的板，当陶瓷芯板(I)为多层且含有两层及以上带有多个通孔(2)的陶瓷芯板(I)时，相邻层的陶瓷芯板(I)上的多个通孔(2)相互错位。
4.根据权利要求2或3所述的多孔金属封装陶瓷复合防护板，其特征在于所述多孔金属(3)的材料米用Al合金、Mg合金或钢。
5.根据权利要求2或3所述的多孔金属封装陶瓷复合防护板，其特征在于所述陶瓷芯板(I)的材料采用A1203、SiC或B4C基陶瓷。
6.权利要求I至5任一项所述的多孔金属封装陶瓷复合防护板的制备方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I:制备陶瓷芯板(I); 步骤2 :对陶瓷芯板(I)进行表面金属陶瓷化处理； 步骤3 :将陶瓷板悬空垂直固定于型腔内，再采用熔体发泡法或渗流法将金属熔体分别与发泡剂或填料颗粒加入型腔内，然后经过负压抽气处理形成多孔金属(3)，或采用粉末冶金法，将包含金属与发泡剂的粉末混合成均匀粉末，再用混合粉末将单层或多层陶瓷板包裹置于模具中压力成型，然后加热使金属粉末发泡，并烧结成多孔金属(3); 步骤4 :采用刨、铣等机加工手段对铸件毛坯加工成预设外形尺寸的复合板。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤2所述的对陶瓷芯板(I)进行表面金属陶瓷化处理，具体过程为采用TiH2粉末、草酸乙二酯和胶棉溶液(比例为IOg 5ml 10ml)调制好的TiH2膏剂涂覆在陶瓷芯板(I)所有外表面，待干燥后置于真空炉内，抽真空至≤KT1Pa,然后以≤10°〇/1^11升温至1200 - 14001，保温30 - 90分钟，再以≤10°C /min冷却至室温。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤3所述的熔体发泡法，对于多孔铝合金采用熔体发泡法，具体方法为将铝合金放入坩埚内加热至熔化温度，待铝合金完全熔化后加入占铝合金重量百分比3. 5wt. %的增粘剂和占铝合金重量百分比O. 5wt. %的Mg，待熔体达到预设粘度时加入占铝合金重量百分比I. 5wt. %的发泡剂TiH2,并高速搅拌使其弥散均匀，随后将其灌入石墨铸型内，并将石墨铸型放入电阻炉保温数分钟，然后随炉冷却或者空冷，脱模即可。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤3所述的渗流法，对于多孔镁合金和铝合金采用渗流法，采用渗流法制备多孔镁合金的方法为将镁合金熔化并进行精炼和除气处理，并将MgSOj$烧去除结晶水和杂质，然后经过筛分得到不同规格的MgSO4填料颗粒，再将选定尺寸的填料颗粒放入型腔中，随后将熔融的镁合金倒入型腔中，锁上型腔顶盖，开真空泵开始抽取型腔内的空气，使镁合金液进入到粒子空隙中去，最后经脱溶处理即可； 采用渗流法制备多孔铝合金的方法为将10目过筛好的食盐加热到600°C后不断搅拌，使其受热均匀，并且保温O. 5h让食盐中的水分完全蒸发，然后将铝合金熔化，随后把食盐加入型腔内，并将熔化的铝合金倒进型腔内，锁上型腔顶盖，开真空泵开始抽取金属型的空气，使铝液进入到粒子空隙中去，待铝液凝固后，取出整个铸件用水溶法将粗食盐去除即可。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤3所述的粉末冶金法，对于多孔钢采用粉末冶金法，具体方法为将按比例选取400目的97. 25wt. %还原钢粉、2. 5wt. %石墨粉和O. 25wt. %发泡剂SrCO3进行配料，然后在用球磨机进行混料、球磨4小时，随后将陶瓷芯板、混合粉末置于模具中进行压制成型，最后将压制好的坯体放入真空炉在1300°C下进行烧结2 3小时。
全文摘要
多孔金属封装陶瓷复合防护板及其制备方法，该复合防护板包括包括至少一层陶瓷芯板，还包括将至少一层陶瓷芯板包裹并和其冶金结合为一体的多孔金属；其制备方法包括1、制备陶瓷芯板；2、对陶瓷芯板进行表面金属陶瓷化处理；3、在陶瓷芯板外部冶金结合多孔金属；4、加工成预设外形尺寸的复合板；本发明复合防护板具有质轻及优良的抗冲击性能，其制备方法制造成本低，解决了陶瓷/金属之间胶接、仅轴向或侧向约束等弱结合或约束，能够为陶瓷提供最大程度的结构限制，实现了陶瓷的有效三维约束。
文档编号B32B5/18GK102774075SQ201210251068
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者乔冠军, 刘桂武, 卢天健, 史忠旗, 周重见, 杨建锋, 王红洁, 王继平 申请人:西安交通大学