本发明属于al2o3基复相防弹陶瓷技术领域。具体涉及一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。
背景技术
防弹材料是广泛应用于航天器、装甲车辆、直升机、坦克、自行火炮以及单兵防弹服、头盔、防弹盾板的防护性材料，能够一定程度上抵御武器的攻击，起到保护军事设备及人员的作用，因此，防弹材料是现代军事战争中不可或缺的关键材料之一，其性能的优劣直接制约着军事装备的作战能力，开发高性能防弹材料，对于国防建设有着极其重要的意义。
为了能够兼具优异的抗侵彻能力、抗冲击能力及抗崩落能力，同时又不对军事装备的机动能力造成巨大影响，通常要求防弹材料具有高硬度、高韧性、高强度和低密度。由于al2o3材料烧结性能优异、制备工艺成熟、生产成本低和原料丰富，al2o3防弹陶瓷材料是目前我国使用的主流防弹材料。然而，相比于非氧化物陶瓷材料，al2o3陶瓷材料韧性差、密度偏高的缺陷降低了其能量吸收率和抗多次击打能力，阻碍了其进一步的扩展应用。
国内外针对al2o3陶瓷的增韧开展了大量研究：xulh等(xulh,xiezp,gaolc,etal.synthesis,evaluationandcharacterizationofaluminaceramicswithelongatedgrains[j].ceramicsinternational,2005,31(7):953-958)引入经低温煅烧的氢氧化铝作为晶种，并通过调控制备工艺，制得了具有板状晶粒的自增韧氧化铝陶瓷，其断裂韧性为7.1mpam1/2；trustypa等(trustypa,yeomansja.thetougheningofaluminawithiron:effectsofirondistributiononfracturetoughness[j].journaloftheeuropeanceramicsociety,1997,17(4):495-504)引入20vol％的fe制备了al2o3基复相陶瓷，其断裂韧性分别达10.9mpam1/2，然而其密度较高；thanwh等(thanwh,chenrz,wangtc,etal.mechanicalpropertiesofal2o3/zro2composites[j].journaloftheeuropeanceramicsociety,2002,22(16):2827-2833.)通过控制zro2颗粒的稳定程度，引入10vol％中位径为0.3μm的zro2颗粒，制备得到了断裂韧性达11.8mpam1/2的复相陶瓷，然而其密度较高；garnierv等(garnierv,fantozzig,nguyend,etal.influenceofsicwhiskermorphologyandnatureofsic/al2o3interfaceonthermomechanicalpropertiesofsicreinforcedal2o3composites[j].journaloftheeuropeanceramicsociety,2005,25(15):3485-3493)引入35vol％的sic晶须，将al2o3陶瓷断裂韧性由5.4mpam1/2提升至7.9mpam1/2。
综上所述，通过控制材料显微结构和引入第二增强相等措施可以改善al2o3陶瓷的韧性，然而，目前增韧方法对al2o3陶瓷断裂韧性的提升程度均有限，且部分方法还会造成材料密度增加、强度和硬度降低，对于其抗弹性能产生不利影响。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种成本低和工艺简单的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的制备方法；用该方法制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷强度高、硬度高、韧性高、含大量纳米级晶内气孔和体积密度低。
为完成上述任务，本发明所采用的技术方案是：以92～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～8质量份的含碳材料为原料；先将0.1～8质量份的可溶盐溶解于4～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在氮气气氛和1550～1750℃条件下保温1～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的1～4种。
所述高钛铝矾土生料微粉的al2o3含量>80wt％，tio2含量>2wt％；高钛铝矾土生料微粉的粒径d50为1～8μm。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的1～4种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本发明直接以高钛铝矾土生料为原料，制备al2o3基复相防弹陶瓷，生产成本低和工艺简单。
(2)本发明引入可溶盐，所述可盐溶解于水中时发生水解，可以形成水合阳离子，水合阳离子以四聚体或二聚体的形式存在，具有的架桥羟基能够相互连接，从而原位形成具有纳米孔隙的网络结构。在热处理过程中，由于四聚体或二聚体分解产生的纳米粒子与高钛铝矾土微粉烧结性能的差异，使得上述纳米孔隙被快速封闭在晶粒内部，从而形成纳米尺寸的晶内气孔。该纳米晶内气孔的存在能够有效吸收降低裂纹扩展的能量，并使得裂纹发生桥联和偏转，提升氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的力学性能；此外，气孔的引入能够降低氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的密度。
(3)本发明利用高钛铝矾土原料中的tio2组分，通过碳热还原氮化法原位形成ticn相，由于ticn相具有优异的力学性能，一方面，可以在材料形成次界面，钉扎位错作用能阻碍裂纹扩展；另一方面，由于ticn相与基体热膨胀系数的差异，将在氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷内部形成残余热应力，使得裂纹发生桥联和偏转，扩展路径延长。因此，能够进一步提升氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的韧性和强度。
基于上述积极效果，本发明能够实现氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的高韧性、高强度、高硬度和低密度的良好结合。
本发明所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为8～12mpam1/2；耐压强度为2500～3000mpa；维氏硬度为12～18gpa；体积密度为3.0～3.3g/cm3；平均孔径为100～300nm。
因此，本发明成本低和工艺简单，所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷具有强度高、硬度高、韧性高、含大量纳米级晶内气孔和体积密度低的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制。
本具体实施方式中：所述高钛铝矾土微粉的al2o3含量>80wt％，tio2含量>2wt％，粒径d50为1～8μm。实施例中不再赘述。
实施例1
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的一种。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为9～10mpam1/2；耐压强度为2800～2900mpa；维氏硬度为16～18gpa；体积密度为3.2～3.25g/cm3；平均孔径为100～200nm。
实施例2
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为8.5～10mpam1/2；耐压强度为2800～2900mpa；维氏硬度为16～17gpa；体积密度为3.2～3.25g/cm3；平均孔径为100～200nm。
实施例3
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为8.5～10mpam1/2；耐压强度为2900～3000mpa；维氏硬度为17～18gpa；体积密度为3.2～3.3g/cm3；平均孔径为100～200nm。
实施例4
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为8～9.5mpam1/2；耐压强度为2900～3000mpa；维氏硬度为17～18gpa；体积密度为3.2～3.3g/cm3；平均孔径为100～200nm。
实施例5
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的一种。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为9.5～11mpam1/2；耐压强度为2700～2800mpa；维氏硬度为15～17gpa；体积密度为3.1～3.2g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例6
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为10～11mpam1/2；耐压强度为2650～2800mpa；维氏硬度为16～18gpa；体积密度为3.0～3.15g/cm3；平均孔径为150～300nm。
实施例7
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为9～11mpam1/2；耐压强度为2800～2900mpa；维氏硬度为16～17gpa；体积密度为3.1～3.25g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例8
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为9.5～11mpam1/2；耐压强度为2700～2850mpa；维氏硬度为15～16gpa；体积密度为3.15～3.25g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例9
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的一种。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为10.5～11.5mpam1/2；耐压强度为2550～2700mpa；维氏硬度为13～14gpa；体积密度为3.05～3.15g/cm3；平均孔径为200～300nm。
实施例10
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为10～11mpam1/2；耐压强度为2550～2650mpa；维氏硬度为14～15gpa；体积密度为3.05～3.1g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例11
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为10.5～12mpam1/2；耐压强度为2650～2800mpa；维氏硬度为13～15gpa；体积密度为3.1～3.2g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例12
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以95～99质量份的高钛铝矾土生料微粉和1～5质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为10～11mpam1/2；耐压强度为2600～2750mpa；维氏硬度为14～15gpa；体积密度为3.1～3.15g/cm3；平均孔径为200～300nm。
实施例13
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的一种。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为11～12mpam1/2；耐压强度为2500～2600mpa；维氏硬度为12～13gpa；体积密度为3.0～3.1g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例14
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在100～130mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为10.5～11mpam1/2；耐压强度为2500～2600mpa；维氏硬度为13～14gpa；体积密度为3.0～3.05g/cm3；平均孔径为150～250nm。
实施例15
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在氮气气氛和1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为11～12mpam1/2；耐压强度为2550～2700mpa；维氏硬度为12～14gpa；体积密度为3.05～3.1g/cm3；平均孔径为200～300nm。
实施例16
一种氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷及其制备方法。以92～96质量份的高钛铝矾土生料微粉和4～8质量份的含碳材料为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；将所述混合料在120～150mpa条件下下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在氮气气氛和1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
所述含碳材料为炭黑、膨胀石墨、淀粉、酚醛树脂、蔗糖和沥青中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为11～12mpam1/2；耐压强度为2550～2700mpa；维氏硬度为13～15gpa；体积密度为3.05～3.15g/cm3；平均孔径为200～300nm。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本具体实施方式直接以高钛铝矾土生料为原料，制备al2o3基复相防弹陶瓷，生产成本低和工艺简单。
(2)本具体实施方式引入可溶盐，所述可盐溶解于水中时发生水解，可以形成水合阳离子，水合阳离子以四聚体或二聚体的形式存在，具有的架桥羟基能够相互连接，从而原位形成具有纳米孔隙的网络结构。在热处理过程中，由于四聚体或二聚体分解产生的纳米粒子与高钛铝矾土微粉烧结性能的差异，使得上述纳米孔隙被快速封闭在晶粒内部，从而形成纳米尺寸的晶内气孔。该纳米晶内气孔的存在能够有效吸收降低裂纹扩展的能量，并使得裂纹发生桥联和偏转，提升氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的力学性能；此外，气孔的引入能够降低氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的密度。
(3)本具体实施方式利用高钛铝矾土原料中的tio2组分，通过碳热还原氮化法原位形成ticn相，由于ticn相具有优异的力学性能，一方面，可以在材料形成次界面，钉扎位错作用能阻碍裂纹扩展；另一方面，由于ticn相与基体热膨胀系数的差异，将在氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷内部形成残余热应力，使得裂纹发生桥联和偏转，扩展路径延长。因此，能够进一步提升氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的韧性和强度。
基于上述积极效果，本具体实施方式能够实现氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷的高韧性、高强度、高硬度和低密度的良好结合。
本具体实施方式所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷经检测：断裂韧性为8～12mpam1/2；耐压强度为2500～3000mpa；维氏硬度为12～18gpa；体积密度为3.0～3.3g/cm3；平均孔径为100～300nm。
因此，本具体实施方式成本低和工艺简单，所制备的氧化铝-碳氮化钛复相防弹陶瓷具有强度高、硬度高、韧性高、含大量纳米级晶内气孔和体积密度低的特点。