碳化硼双弧度防弹板的制备方法

碳化硼双弧度防弹板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种防弹板的制备方法，尤其涉及一种碳化硼双弧度防弹板的成型与烧结方法。

背景技术

碳化硼的密度为2.52g/cm³，是一种比铝还轻的工程陶瓷材料，它的硬度在工程材料中仅次于金刚石和立方氮化硼。此种又轻又硬的材料是制造防弹装甲的最理想材料。由于碳化硼共价键的性质而具有较高的熔点，超长的硬度，尤其是近于恒定的高温硬度以及良好的力学性能，使其成为最有发展前途的高温耐磨材料之一。但是由于碳化硼制品的价格较为昂贵，且制备工艺复杂，因此在我国碳化硼防弹材料发展缓慢，现在仅用于高端的装甲防护，在人体防护上还没有得到应用。碳化硼材料的生产方法大多采用烧结+浸渗法，现有的制备方法得到的材料中，碳化硼颗粒几乎不能成形。在我国，生产碳化硼防弹板的厂家主要以外贸为主，且均为单弧度碳化硼插板，其制备方法为：先把碳化硼制作成43*42mm的平板，之后上下复合250*300mm凯夫拉纤维，内部用30块43*42mm的平板拼凑，通过加压制作成单弧度的碳化硼插板以达到防弹的效果。采用此种方法制作的防弹板存在如下问题：(1)由于内部采用30块43*42mm的碳化硼平板拼凑，在板与板之间存在间隙，降低了整体的防弹效果；(2)在要求“以人为主”的国外，单弧度防弹板与人体搭配结构不够紧密，影响士兵作战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硼双弧度防弹板的制备方法，以提高整体防弹效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种碳化硼双弧度防弹板的制备方法，包括以下步骤：(1)选料、混料，以碳化硼为原料，将原料与粘接剂混合搅拌均匀；(2)成型，将搅拌好的混合料缓慢送入压皮机反复进行压制，待混合料成片状并有一定韧性时，再缓慢调整对辊间隙继续反复进行压制，成胸板毛坯，胸板毛坯的厚度为3毫米；(3)烧结，将压制好的胸板毛坯进行烧结以制得成品。

步骤(1)中，碳化硼的粒度为D50＝2.3。

步骤(1)中的粘接剂为羧甲基纤维素，羧甲基纤维素的加入量为原料总重的0.5-1.5％。

步骤(1)中还加入有分散剂四甲基氢氧化胺，其加入量为原料总重的4-6％。

步骤(2)成型过程具体为：先将压皮机对辊的间隙调至2毫米，将搅拌好的混合料缓慢倒入进料口反复进行压制，待原料压制成卷状时把对辊的间隙调至5毫米，再次反复进行压制，待原料成片状并有一定韧性时，再缓慢调整对辊间隙继续反复进行压制，最终将对辊的间隙调至2.5毫米进行压制碳化硼膜，成品膜的厚度为3毫米。

步骤(3)的烧结温度为：0-200℃升温过程中烧结1.5-2小时，压力为5吨； 200-400℃升温过程中烧结3-4小时，压力为10吨；400-800℃不断升温过程中烧结3-4小时，压力为15吨；1000-1950℃不断升温过程中烧结10-11小时，最终压力为60吨，烧结完毕后，在炉内待温度降至180-220℃时，取出产品。同步加压即在升温过程中随着温度的上升压力逐渐增加。

本发明的方法采用轧膜成型法，使得双弧度防弹板在产品成型时厚度得到了均匀的控制；烧结时采用炉外排粘、同步加压，其中炉外排粘即在毛坯成型后挥发粘结剂的过程，步骤为：0-30℃：12小时；30-60℃：8小时；60-100℃：4小时；100-180℃：24小时；同步加压即在升温过程中随着温度的上升压力逐渐增加。

采用本发明的烧结方法，使得材料的应力较为分散，从而不易断裂，其断裂韧性高。本发明的双弧度防弹板为整体结构，彻底避免了现有方法中板与板之间存在的间隙，防弹效果好；另外，本发明的双弧度防弹板与人体搭配结构紧密，有利于士兵作战。

具体实施方式

实施例1

本实施例的碳化硼双弧度防弹板的制备方法，包括以下步骤：(1)选料、混料，以碳化硼为原料，碳化硼的粒度为D50＝2.3，先将搅拌器内擦拭干净，把碳化硼与粘接剂羧甲基纤维素一起倒入搅拌器内进行搅拌，羧甲基纤维素的加入量为原料总重的1.0％，然后把搅拌均匀的粉料倒入干净的容器内；混料结束后，原料应于粘接剂搅拌均匀，外观呈粉状均匀分布；(2)成型，先将压皮机对辊的间隙调至2毫米，将搅拌好的混合料缓慢倒入进料口反复进行压制，待原料压制成卷状时把对辊的间隙调至5毫米，再次反复进行压制，待原料成片状并有一定韧性时，再缓慢调整对辊间隙继续反复进行压制，最终将对辊的间隙调至2.5毫米进行压制碳化硼膜，成品膜的厚度为3毫米；碳化硼膜制成后，测量各点检测其厚度，做好记录；之后把胸板的石墨垫片放上干净的平台，拎起碳化硼膜平铺在石墨垫片上，沿着石墨垫片的外沿将多余的碳化硼膜切割掉；然后根据成品的厚度计算碳化硼膜的层数反复进行上述操作，至层数达到要求时结束；碳化硼膜的标准：碳化硼膜制成后外观平整，无凹凸不平的现象，厚度为3毫米，测量各点的公差为正负0.1毫米，并具有一定的韧性，能用手拎起不断裂。胸板毛坯制成后，要求外边平整，层层与石墨垫片保持一致；炉外排粘即在毛坯成型后挥发粘结剂的过程，步骤为：0-30℃：12小时；30-60℃：8小时；60-100℃：4小时；100-180℃：24小时；(3)将压制好的胸板毛坯装入石墨模具内，放入热压炉内进行烧结；0-200℃升温过程中烧结2小时，压力为5吨；200-400℃升温过程中烧结4小时，压力为10吨；400-800℃不断升温过程中烧结4小时，压力为15吨；1000-1950℃不断升温过程中烧结10小时，最终压力为60吨，烧结完毕后，在炉内待温度降至200℃时，取出产品。

实施例2

本实施例的碳化硼双弧度防弹板的制备方法，包括以下步骤：(1)选料、混料，以碳化硼为原料，碳化硼的粒度为D50＝2.3，先将搅拌器内擦拭干净，把碳化硼与粘接剂羧甲基纤维素一起倒入搅拌器内进行搅拌，羧甲基纤维素的加入量为原料总重的1.5％，还可加入分散剂四甲基氢氧化胺，其加入量为原料总重的5％；然后把搅拌均匀的粉料倒入干净的容器内；混料结束后，原料应于粘接剂搅拌均匀，外观呈粉状均匀分布；(2)成型，先将压皮机对辊的间隙调至2毫米，将搅拌好的混合料缓慢倒入进料口反复进行压制，待原料压 制成卷状时把对辊的间隙调至5毫米，再次反复进行压制，待原料成片状并有一定韧性时，再缓慢调整对辊间隙继续反复进行压制，最终将对辊的间隙调至2.5毫米进行压制碳化硼膜，成品膜的厚度为3毫米；碳化硼膜制成后，测量各点检测其厚度，做好记录；之后把胸板的石墨垫片放上干净的平台，拎起碳化硼膜平铺在石墨垫片上，沿着石墨垫片的外沿将多余的碳化硼膜切割掉；然后根据成品的厚度计算碳化硼膜的层数反复进行上述操作，至层数达到要求时结束；碳化硼膜的标准：碳化硼膜制成后外观平整，无凹凸不平的现象，厚度为3毫米，测量各点的公差为正负0.1毫米，并具有一定的韧性，能用手拎起不断裂。胸板毛坯制成后，要求外边平整，层层与石墨垫片保持一致；炉外排粘即在毛坯成型后挥发粘结剂的过程，步骤为：0-30℃：12小时；30-60℃：8小时；60-100℃：4小时；100-180℃：24小时；(3)将压制好的胸板毛坯装入石墨模具内，放入热压炉内进行烧结；0-200℃升温过程中烧结1.5小时，压力为5吨；200-400℃升温过程中烧结3小时，压力为10吨；400-800℃不断升温过程中烧结3小时，压力为15吨；1000-1950℃不断升温过程中烧结11小时，最终压力为60吨，烧结完毕后，在炉内待温度降至200℃时，取出产品。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。