一種整體式碳化硅陶瓷防彈板及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，包括整體式的、可與粘合背板貼合的防彈板本體（1），所述防彈板本體（1）由若干個曲面組成，其特征在于：所述防彈板本體（1）的外凸弧面設有若干條將防彈板本體（1）劃分為多個單元塊（1.1）的止裂槽（1.2）。該整體式碳化硅陶瓷防彈板兼具整體防彈板與小塊防彈板的防彈效果，并在同等厚度的情況下成本相對較低。還公開該整體式碳化硅陶瓷防彈板的制造方法，該方法可連續生產、重復性好、生產效率高、模具成型后，板材干燥處理和燒結過程變形小，防彈性能好。
【專利說明】一種整體式碳化硅陶瓷防彈板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于由陶瓷制品制成的的防護裝備領域，具體講是一種整體式碳化硅陶瓷防彈板及其制造方法。
【背景技術】
[0002]防彈衣是士兵、警察、保安等特殊工作人員和其他處于特殊環境人員常用的防護裝備，其主要目的是有效阻止槍擊，保障人員生命安全。防彈衣一般由防彈板、粘合背板與防彈纖維材料等組成。作為防彈主體的防彈板已經由過去的硬質金屬面板、高分子材料面板發展到陶瓷材料面板。陶瓷材料面板采用材料主要由氧化鋁、碳化硅、碳化硼以及其他復合陶瓷材料
[0003]目前常用的陶瓷防彈板常用結構有小塊拼接面板和整體面板兩種。
[0004]為了獲得與人體匹配的曲面，早期的防彈板采用小塊拼接面板。小塊拼接面板有四邊形或六邊形，其特點是尺寸精度要求高、棱邊棱角需保持銳角。因此操作復雜、技術難度相對高、加工成增加、生產效率低。由于是多塊拼接，與支撐背板結合不一致，影響防彈效果；接縫處存在防彈安全隱患；拼接需要留存的尖角導致應力集中，致使崩角裂邊后報廢較多。由于擊中碎裂局限于子彈擊中塊，因此防多發子彈效果好于整體防彈板。
[0005]隨著陶瓷注漿成型、等靜壓與水基料漿注凝技術的突破，陶瓷防彈板向整體多曲面防彈板發展。整體多曲面放單面板具有無需拼接，生產效率提高；整體多曲面，模擬人體生理曲線，并與背板貼合，穿著相比小塊舒適；由于整體無接縫，因此防首發子彈效果較好，但是由于裂紋延伸較長，甚至整體碎裂，因此抗多發子彈性能差。
[0006]目前市場上常用碳化硅陶瓷整體防彈板的生產技術主要有注漿成型、等靜壓成型以及注凝成型。注漿成型由于密度梯度影響陶瓷性能，并且尺寸精度難于保證；等靜壓成型需要超大規格等靜壓設備，并且后加工技術要求高，操作復雜，效率低下；注凝成型需要先期脫水后再定型干燥，成型周期較長。

【發明內容】

[0007]本發明要解決的技術問題是，提供一種兼具整體防彈板與小塊防彈板的防彈效果，并在同等厚度的情況下成本相對較低的整體式碳化硅陶瓷防彈板。
[0008]本發明的技術方案是，提供一種具有以下結構的整體式碳化硅陶瓷防彈板，包括整體式的、可與粘合背板貼合的防彈板本體，所述防彈板本體由若干個曲面組成，所述防彈板本體的外凸弧面設有若干條將防彈板本體劃分為多個單元塊的止裂槽。
[0009]每條止裂槽與防彈板本體的側邊之間設有的距離。
[0010]所述單元塊可以為圓形、橢圓、矩形、多邊形中的一種或者多種組合。
[0011]所述止裂槽的深度小于或者等于防彈板本體的一半厚度，寬度為I?5mm。
[0012]所述止裂槽的底部為弧面。
[0013]采用以上結構后，本發明與現有技術相比，具有以下優點:凹弧面與背板完全貼合，防彈效果好；所有棱邊棱角均有圓角過渡，避免應力集中所造成崩角裂邊造成的碎裂起因；通過模具整體制造，不需要拼接加工，提高生產效率、成本低。在整板上設計、加工各種形狀、各種深度的止裂槽，可以是方的，圓的，棱型等等，槽深小于等于防彈板本體厚度的50%,作用是遭到彈擊后，裂紋能夠限制在擊中部位的止裂塊內，從而增加整板抗擊多發彈的能力。
[0014]本發明要解決的另一技術問題是，提供一種可連續生產、重復性好、生產效率高、模具成型后，板材干燥處理和燒結過程變形小，防彈性能好的整體式碳化硅陶瓷防彈板制造方法。
[0015]本發明的另一技術方案是，提供一種具有以下結構的整體式碳化硅陶瓷防彈板制造方法，(I)將碳化硅粉體、燒結助劑、黏合劑、增塑劑、分散劑、潤滑劑按配比加入去離子水球磨混合配制成塑性泥料；
[0016](2)將塑性泥料放入真空練泥機內練泥得到無氣泡碳化硅泥料；
[0017](3)將無氣泡碳化娃泥料放入棍壓機擠出成一定寬度與厚度的碳化娃板材；
[0018](4)將上述碳化硅板材壓制成設計弧度的曲面形狀，同時在外側凸面嵌入一種有機材料網格，用沖切成型模具制成防彈片濕坯，再剪切成設計尺寸；
[0019](5)將成型后防彈片濕坯放在定型模具在30?100°C的溫度下進行干燥，成為防彈片干坯；
[0020](6)所述定型模具采用碳化硅粗粉為構架，高鋁水泥作為粘結劑制成，模具凸面弧度與防彈板凹面一致，定型模具凹面弧度與防彈板凸面一致，定型模具與防彈片干坯可以交互疊加；
[0021](7)將定型模具與防彈板干坯置于脫蠟爐中在850?1050°C下脫蠟處理，成為防彈板脫蠟坯；
[0022](8)將防彈板脫蠟坯在終燒爐中充氬氣進行無壓燒結，燒結溫度至1950?2150°C，并在該溫度下保溫0.5?5小時，同時，步驟(4)中嵌入的有機材料網格高溫裂解，形成止裂槽，得到高致密帶止裂槽整體式防彈板；
[0023](9)步驟(I)中所述原料的碳化硅粉體為91?98質量份，所述的中燒結助劑為碳化硼粉體和碳，其中碳化硼占為0.2?3質量份，碳為1.8?7質量份；所述的黏合劑為I?10質量份,所述的增塑劑為0.5?15質量份,所述的分散劑為0.1?2質量份,所述的潤滑劑為I?15質量份；
[0024]所述的碳為石墨粉、納米碳黑、焦炭、石油焦、游離碳中的一種以上任意混合；
[0025]所述黏合劑為聚乙烯醇、糊精、葡萄糖中的一種以上任意混合；
[0026]所述增塑劑為聚乙二醇、甘油中的一種以上任意混合；
[0027]所述分散劑為四甲基氫氧化銨或氨水的一種以上任意混合；
[0028]所述潤滑劑為水溶性液體石蠟或乳化液體石蠟的一種以上任意混合；
[0029]所述步驟(I)的塑性泥料中固相的含量占塑性泥料的總質量的百分比為70?95wt%0
[0030]采用以上方法后，本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0031]1、加入去離子水后，增塑劑、粘結劑以溶液形式混入塑性泥料中，保證了增塑劑、粘接劑在泥料體系中的均一分布及后續擠出成型的管材坯體密度和燒結后的管材坯體密度的提高，可連續生產，重復性好，效率高，適于工業化生產。
[0032]2、擠出成型的板材坯體經模具成型后，保型性好，干燥處理和燒結過程變形小。
[0033]3、利用無壓燒結得到的高致密碳化硅陶瓷防彈板的密度在3.1Og -cm-3以上，且維氏硬度大于2300HVa5，具有比較好的防彈性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]附圖1為本發明的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板的一種示意圖。
[0035]附圖2為本發明的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板的另一種示意圖。
[0036]附圖3為本發明的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板的再一種示意圖。
[0037]附圖4為本發明的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板的剖面示意圖。
[0038]如圖所示:1、防彈板本體，1.1、單元塊，1.2、止裂槽。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0040]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發明的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，包括整體式的、可與粘合背板貼合的防彈板本體1，所述防彈板本體I由若干個曲面組成，所述防彈板本體I的外凸弧面設有若干條將防彈板本體I劃分為多個單元塊1.1的止裂槽1.2。
[0041]每條止裂槽1.2與防彈板本體I的側邊之間設有距離，也就是止裂槽1.2與未到達防彈板本體I的側邊，從而影響整塊防彈板本體I。
[0042]所述單元塊1.1可以為圓形、橢圓、矩形、多邊形中的一種或者多種組合。
[0043]所述止裂槽1.2的深度小于或者等于防彈板本體I的一半厚度，寬度為I?5_。
[0044]所述止裂槽1.2的底部為弧面。
[0045]本發明的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板的制造方法，包括以下步驟:
[0046](I)將碳化硅粉體、燒結助劑、黏合劑、增塑劑、分散劑、潤滑劑按配比加入去離子水球磨混合配制成塑性泥料；
[0047](2)將塑性泥料放入真空練泥機內練泥得到無氣泡碳化硅泥料；
[0048](3)將無氣泡碳化娃泥料放入棍壓機擠出成一定寬度與厚度的碳化娃板材；
[0049](4)將上述碳化硅板材壓制成設計弧度的曲面形狀，同時在外側凸面嵌入一種有機材料網格，用沖切成型模具制成防彈片濕坯，再剪切成設計尺寸；機材料網格嵌入的形狀最終形成止裂槽；
[0050](5)將成型后防彈片濕坯放在定型模具在30?100°C的溫度下進行干燥，成為防彈片干坯；
[0051](6)所述定型模具采用碳化硅粗粉為構架，高鋁水泥作為粘結劑制成，模具凸面弧度與防彈板凹面一致，定型模具凹面弧度與防彈板凸面一致，定型模具與防彈片干坯可以交互疊加；
[0052](7)將定型模具與防彈板干坯置于脫蠟爐中在850?1050°C下脫蠟處理，成為防彈板脫蠟坯；
[0053](8)將防彈板脫蠟坯在終燒爐中充氬氣進行無壓燒結，燒結溫度至1950?2150°C，并在該溫度下保溫0.5?5小時，同時，步驟(4)中嵌入的有機材料網格高溫裂解，形成止裂槽，得到高致密帶止裂槽整體式防彈板；
[0054](9)步驟(I)中所述原料的碳化硅粉體為91?98質量份，所述的中燒結助劑為碳化硼粉體和碳，其中碳化硼占為0.2?3質量份，碳為1.8?7質量份；所述的黏合劑為I?10質量份,所述的增塑劑為0.5?15質量份,所述的分散劑為0.1?2質量份,所述的潤滑劑為I?15質量份；
[0055]所述的碳為石墨粉、納米碳黑、焦炭、石油焦、游離碳中的一種以上任意混合；
[0056]所述黏合劑為聚乙烯醇、糊精、葡萄糖中的一種以上任意混合；
[0057]所述增塑劑為聚乙二醇、甘油中的一種以上任意混合；
[0058]所述分散劑為四甲基氫氧化銨或氨水的一種以上任意混合；
[0059]所述潤滑劑為水溶性液體石蠟或乳化液體石蠟的一種以上任意混合；
[0060]上述一種以上任意混合包括一種、兩種或者兩種以上任意混合配比。
[0061]所述步驟(I)的塑性泥料中固相的含量占塑性泥料的總質量的百分比為70?95wt%0
[0062]止裂槽可以用特殊刀具在燒結前的素坯上加工，這樣的生產效率較低，并且有可能損害素坯的性能，從而影響最終燒結性能。在批量生產中，止裂槽應采用可以在高溫裂解的有機材料網格直接壓入素坯的方法。有機物網格的材料可以是塑料、有機玻璃、聚酰胺等裂解無殘留或者只殘留碳的有機物。
【權利要求】
1.一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，包括整體式的、可與粘合背板貼合的防彈板本體(1)，所述防彈板本體(I)由若干個曲面組成，其特征在于:所述防彈板本體(I)的外凸弧面設有若干條將防彈板本體(I)劃分為多個單元塊(1.0的止裂槽(1.2)。
2.根據權利要求1所述的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，其特征在于:每條止裂槽(1.2)與防彈板本體(I)的側邊之間設有距離。
3.根據權利要求1所述的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，其特征在于:所述單元塊(1.0為圓形、橢圓、矩形、多邊形中的一種或者多種組合。
4.根據權利要求1所述的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，其特征在于:所述止裂槽(1.2)的深度小于或者等于防彈板本體(I)的一半厚度，寬度為I?5_。
5.根據權利要求1所述的一種整體式碳化硅陶瓷防彈板，其特征在于:所述止裂槽(1.2)的底部為弧面。
6.一種用于權利要求1所述的整體式碳化硅陶瓷防彈板的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將碳化硅粉體、燒結助劑、黏合劑、增塑劑、分散劑、潤滑劑按配比加入去離子水球磨混合配制成塑性泥料； (2)將塑性泥料放入真空練泥機內練泥得到無氣泡碳化硅泥料； (3)將無氣泡碳化娃泥料放入棍壓機擠出成一定寬度與厚度的碳化娃板材； (4)將上述碳化硅板材壓制成設計弧度的曲面形狀，同時在外側凸面嵌入一種有機材料網格，用沖切成型模具制成防彈片濕坯，再剪切成設計尺寸； (5)將成型后防彈片濕坯放在定型模具在30?100°C的溫度下進行干燥，成為防彈片干還; (6)所述定型模具采用碳化硅粗粉為構架，高鋁水泥作為粘結劑制成，模具凸面弧度與防彈板凹面一致，定型模具凹面弧度與防彈板凸面一致，定型模具與防彈片干坯可以交互置加； (7)將定型模具與防彈板干坯置于脫蠟爐中在850?1050°C下脫蠟處理，成為防彈板脫蠟坯； (8)將防彈板脫蠟坯在終燒爐中充氬氣進行無壓燒結，燒結溫度至1950?2150°C，并在該溫度下保溫0.5?5小時，同時，步驟(4)中嵌入的有機材料網格高溫裂解，形成止裂槽，得到高致密帶止裂槽整體式防彈板； (9)步驟(I)中所述原料的碳化硅粉體為91?98質量份，所述的中燒結助劑為碳化硼粉體和碳，其中碳化硼占為0.2?3質量份，碳為1.8?7質量份；所述的黏合劑為I?10質量份，所述的增塑劑為0.5?15質量份，所述的分散劑為0.1?2質量份，所述的潤滑劑為I?15質量份； 所述的碳為石墨粉、納米碳黑、焦炭、石油焦、游離碳中的一種以上任意混合； 所述黏合劑為聚乙烯醇、糊精、葡萄糖中的一種以上任意混合； 所述增塑劑為聚乙二醇、甘油中的一種以上任意混合； 所述分散劑為四甲基氫氧化銨或氨水的一種以上任意混合； 所述潤滑劑為水溶性液體石蠟或乳化液體石蠟的一種以上任意混合； 所述步驟(I)的塑性泥料中固相的含量占塑性泥料的總質量的百分比為70?95wt%。
【文檔編號】C04B35/622GK103591846SQ201310578740
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】戚明杰, 謝方民, 楊勇輝, 焦永峰, 王圈庫 申請人:寧波伏爾肯機械密封件制造有限公司