本發明涉及陶瓷制備，具體為一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法。

背景技術：

1、碳化硼陶瓷材料具有低密度(2.52g/cm3)、高硬度和彈性模量、低的熱膨脹系數、高的抗酸性與抗堿性以及良好的中子吸收能力等特點，被廣泛應用于軍工、磨料、化工器件、核工業等領域。在軍工領域中，碳化硼陶瓷更是由于其高硬度、低密度的特點在眾多防彈陶瓷材料中脫穎而出，是一種性能優異的防彈陶瓷材料。但是碳化硼陶瓷由于其斷裂韌性較低(2-3mpa·m1/2)，存在易出現整體破碎的致命缺點，這一缺點嚴重制約了其在防彈陶瓷領域抗多次擊打性能的提高。二硼化鈦也是一種防彈性能不錯的防彈陶瓷材料，其硬度略低于碳化硼，密度相對較高，但是其具有相對較高的斷裂韌性(4-5mpa·m1/2)。與純碳化硼相比，在其內部添加增韌第二相后有助于提高其斷裂韌性，這是由于陶瓷的斷裂模式從原本的穿晶斷裂轉變為沿晶斷裂帶來的有益效果，將增韌第二相引入碳化硼中將有助于提高碳化硼陶瓷抗多次擊打性能。因此，第二相增韌碳化硼陶瓷燒結制備成為近年來國內外研究的熱點。小尺寸拼接碳化硼陶瓷和增加約束有助于提高抗多次擊打性能，但是又要考慮拼接薄弱區域對整體防護性能的影響，拼接和約束結構對防彈陶瓷性能的研究對于防彈性能的提高具有重要的意義。

2、因此，通過往碳化硼種添加增韌第二相并進行結構設計改進被認為是提高防彈陶瓷抗多次擊打性能的最有效的方法。到目前為止，已報道的通過第二相增韌碳化硼陶瓷種類有以下幾種，例如氧化物第二相(al2o3,y2o3等)、碳化物(sic，tic等)、硼化物(tib2,crb2等)、金屬(ti，cu等)等。添加的增韌第二相有的是會與碳化硼在燒結過程中發生反應，如添加al2o3可能會形成al5o6bo3相，如添加金屬ti會與b4c發生反應生成tib2和c。另一些添加的增韌第二相不會與碳化硼在燒結過程中發生反應，而是保持其原有的成分，如添加的sic。雖然由于增韌第二相的添加可以提高碳化硼陶瓷的斷裂韌性，但是由于碳化硼是世界上第三硬的材料，因此第二相及其產物的硬度等力學性能大概率低于碳化硼陶瓷，這對整體力學性能不利。同時，由于碳化硼本身密度比較低，這也是它防彈應用的一個重要考量，大量增韌第二相的添加會引起整體密度的增加，這也對防彈應用造成不利影響。除此之外，近年來防彈陶瓷拼接結構和約束限制的相關研究也受到了廣泛的關注，陶瓷制備成不同的形狀形成不同的拼接。以上已報道的防彈陶瓷的拼接結構和約束限制在一定程度上提高了陶瓷的抗多次擊打性能，但是其拼接邊界由于不是整塊結構所以存在薄弱區，該薄弱區的存在，會導致此區域的防護效果急劇下降。

技術實現思路

1、本部分的目的在于概述本發明的實施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施方式。在本部分以及本技術的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

2、因此，本發明的目的是提供一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法，克服碳化硼陶瓷在增韌過程中由于第二相的添加導致硬度下降，密度上升的問題和防彈陶瓷在進行結構設計由于拼接邊界薄弱區的存在對性能不利的問題，通過網格結構設計熱壓燒結制備出外硬內韌的碳化硼陶瓷，并且可以通過靈活調控網格結構來實現碳化硼防彈陶瓷密度、斷裂韌性和防護性能的最優解。

3、為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：

4、一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法，步驟如下：

5、s1、設計想要壓制成型的樣品示意圖，表面尺寸和厚度，并根據示意圖和碳化硼密度計算每部分所需要的原料質量將金屬網裁剪成與要壓制成型的樣品相同的表面尺寸，然后將裁剪后的金屬網放入1mol/l的溶液中進行清洗3-5min，去除表面氧化物，隨后用去離子水清洗5次，然后將其在真空干燥箱中80℃干燥10-12h；

6、s2、取碳化硼粉末、研磨珠和酒精混合，放入高能球磨罐中，球磨10-12h使碳化硼原料研磨成600-800nm的粒徑，然后將其在真空干燥箱中80℃干燥18-24h；

7、s3、將步驟s1中最終得到的金屬網和步驟s2中最終得到的碳化硼粉末按照設計逐層裝入模具中，每裝一層粉末需要用壓頭以10mpa壓力壓制平整，然后在60-80mpa的冷壓機下機壓成型，得到碳化硼-金屬網坯體；

8、s4、取出步驟s3最終得到的碳化硼-金屬網坯體，裝入鋪著石墨紙的石墨模具中，在氬氣氣氛下熱壓燒結，控制燒結溫度為1800-2000℃，保溫時間為60-120min，燒結施加壓力為20-60mpa，得到網格結構增韌的碳化硼復相陶瓷。

9、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述樣品示意圖包含樣品的表面尺寸，厚度，金屬網層數，金屬網的位置。

10、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，步驟s1中，所述樣品的表面尺寸包括不同尺寸大小和不同形狀以及平板樣品和具有不同曲率的樣品。

11、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，步驟s1中，所述金屬網為ti網。

12、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，步驟s1中，所述金屬網氧化膜清洗的溶液為酸溶液或者堿溶液。

13、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，步驟s3中，將碳化硼粉末和金屬網按照設計逐層裝入模具時，要求每裝一層粉末需要用壓頭以10mpa壓力壓制平整，再進行后續操作。

14、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，步驟s4中，所述在氬氣氣氛中加熱至1900-2000℃按照逐級加熱法加熱，升溫速度為：0-800℃升溫速率為10-15℃/分鐘，800-1500℃升溫速率為7-8℃/分鐘，1500℃以上升溫速率為5℃/分鐘，降溫過程中，在1500℃以上降溫速率為5℃/分鐘。

15、作為本發明所述的一種網格增強的碳化硼防彈陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，步驟s4中，所述加熱同時加壓工藝按照逐級加壓法加壓，首先進行預壓1mpa壓力，當溫度為0-300℃時保持1mpa壓力不變，隨后當溫度從300℃升高至800℃時，壓力逐步升高至設定壓力，最后壓力一直不變直到保溫階段結束，隨后在降溫到1500℃的過程中壓力逐漸降至1mpa，后續壓力逐漸降低至0mpa。

16、與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：

17、1、首先，通過將碳化硼粉末進行球磨處理成粒徑更小的粉末，將經過酸洗去除表面氧化物的干燥的金屬網按照樣品設計示意圖放置固定位置，利用金屬網與碳化硼粉末發生原位反應生成高熔點第二相的特點，通過熱壓燒結在碳化硼陶瓷內部制備出了呈網格狀分布的第二相；利用第二相帶來的增韌效果和壓縮應力以及網格結構的約束效果，從而獲得具有外硬內韌特征的碳化硼陶瓷。燒結制備得到的具有網格結構的碳化硼復相陶瓷具有表面硬度高，心部韌性高的特點，同時，其陶瓷燒結體內部由于第二相網格結構約束的存在形成壓縮應力，不僅抵抗沖擊過程中形成的拉應力，同時能夠有效的減輕防彈陶瓷在沖擊過程中的整體破碎現象。因此，本發明提供了一種將第二相增韌和結構約束設計相結合的碳化硼復相陶瓷的制備方法，實現了外硬內韌碳化硼防彈陶瓷的制備，提高了防彈陶瓷的抗多次擊打性能，具有廣闊的應用前景。

18、2、通過利用鈦與碳化硼之間反應生成二硼化鈦，往碳化硼內部添加了金屬網，采用熱壓燒結制備內部具有網格結構tib2的b4c復相陶瓷。

19、3、網格結構tib2添加在b4c陶瓷內部，充分利用了二硼化鈦增韌相和結構約束的的特點，一方面，二硼化鈦增韌相網格結構添加，而非混粉式的大量添加，盡量避免了對密度和硬度的不利效果；另一方面，網格結構不僅偏轉裂紋，提高斷裂韌性，同時起到約束作用，盡可能減少整體破裂，提高抗多次擊打性能。

20、4、這種方法制備的b4c-tib2復相陶瓷具有外硬內韌的效果，保證了高的表面硬度，微米壓痕硬度值為30.1gpa，同時斷裂韌性具有明顯的提高，采用三點彎曲單邊開口梁的方法測試其斷裂韌性可以達到5-7mpa·m1/2。