反应烧结陶瓷防弹插板及反应烧结防弹陶瓷的制备方法 [0002] 防弹材料主要应用于战时人体、战车、舰船和飞机特定部位的防护。目前人体防 护主要采用在软体防弹衣上叠加陶瓷插板的结构形式，在其中起到主要防弹作用的陶瓷材 料必须具备高硬度、高弹性模量和较低的密度，目前的陶瓷防弹材料通常选用氧化铝、碳化 硅、碳化硼和氮化硅等。 [0003] 防弹陶瓷板可分为拼接板和整体板两种。采用拼接板的方法首先要将陶瓷压制和 烧结成规则形状(一般为正方形、正六边形、正三角形等形状）的具有一定尺寸大小的小块 陶瓷，然后再按图2的方法拼接成所需尺寸和大小的防弹陶瓷板。这种拼板方法具有陶瓷 变形小、制备柔性大的优点。 [0004] 陶瓷可以通过不同生产工艺进行生产。采用热压烧结工艺制造的陶瓷性能较好， 但随之生产成本也大幅提高；采用无压烧结制备的陶瓷，其原料要求较高，烧结温度高，制 品尺寸变化较大，工艺复杂且性能不高；采用反应烧结工艺所生产的陶瓷产品致密度高，防 弹性能较好，且制备成本相对较低。 [0005] 传统的反应烧结工艺是在真空环境和高于硅熔点（1410°C )的温度下，将熔融的硅 渗入到含有碳的多孔陶瓷素坯中，硅与碳反应后在素坯内部原位生成碳化硅。与热压烧结 或无压烧结工艺相比，反应烧结可以在相对较低的温度下进行，可以有效抑制材料在高温 下发生的诸多不利反应与变化。 [0006] 但是，传统的反应烧结工艺也具有一些局限性。由于烧结过程需要进行熔渗硅与 碳的反应，为保证素坯中的碳完全参与反应，熔渗的硅必须超过理论计算数值，否则将导致 素坯心部欠烧残碳，从而使制品性能大幅度下降。超量的硅往往沉积在烧结后的陶瓷表面， 与陶瓷形成紧密的结合，非常难以去除。因此，采用传统的反应烧结方法制备具有特别形状 的陶瓷片后，瓷片上的残留硅难以采用常规方法去除。


[0007] 为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种反应烧结防弹陶瓷的制备方 法，使烧结后的陶瓷表面的超量的硅容易去除，同时还提供一种利用该方法制得的防弹陶 瓷制造的具有优异防弹性能的陶瓷防弹插板。
[0008] 本发明的技术方案是这样实现的：一种反应烧结防弹陶瓷的制备方法，依次包括 以下步骤： 步骤一，将陶瓷粉体、碳源粉末和成型剂使用球磨机混合均匀，获得混合粉末，经喷雾 干燥制粒后，在模具中压制成形，得到具有各种特定形状的陶瓷压坯； 步骤二，将硅粉、碳化硅粉和氮化硼粉末混合均匀，在模具中压制成形得到烧结熔渗剂 的压坯； 步骤三，将陶瓷压坯和烧结熔渗剂压坯叠放在一起，在真空度不低于5 XK^Pa的真空 炉中，升温到145(T175(TC进行烧结保温1~3 h，得到反应烧结陶瓷产品； 步骤四，将烧结陶瓷表面的熔渗剂残留物轻敲后去除，得到致密的陶瓷片，并保持了压 述原有的形状； 其中，步骤二所述的烧结熔渗剂的组成按重量比计：硅粉6(Γ80%，碳化硅粉：Γ10%，其 余为氮化硼，所有粉末的粒度范围为3(Γ200目。
[0009] 作为优选方案：步骤一所述的陶瓷粉体由碳化硅粉末和碳化硼粉末的一种或两种 粉末组成，所述碳源由炭黑、酚醛树脂的一种或两种组成；所述混合粉末中陶瓷粉末与碳源 粉末的质量比分别为8(Γ90%和：Γ15% ;所述成型剂为酚醛树脂、聚乙二醇、羟甲基纤维素或 石蜡，成型剂在混合粉末中的质量比为5~15%。
[0010] 本发明还提供一种反应烧结陶瓷防弹插板，由2个直角梯形的第一瓷片、4个矩形 的第二瓷片和16个正方形的第三瓷片构成；第一瓷片的底边长度分别为a和2a，垂直于底 边的腰长为2a ;第二瓷片的长边长为2a，短边长为a ;第三瓷片的边长为2a ;所述的瓷片布 置为五行，最上方一行中间为两个第三瓷片，两侧为各一个第一瓷片，第二行中间为三个第 三瓷片，两侧为各一个第二瓷片；第三行为四个第三瓷片；第四行中间为三个第三瓷片，两 侧为各一个第二瓷片；第五行为四个第三瓷片；各个瓷片粘接在一个基板上。
[0011] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的工艺方法，可以制备具 有特殊形状特征的防弹陶瓷片；通过特殊的熔渗剂原料配方的改进，使反应烧结过程残留 在陶瓷产品表面的硅与陶瓷之间结合不紧密，采用钝器轻敲即可使之脱落，容易被去除，降 低了劳动强度和对环境的污染，保持了陶瓷素坯的原有形貌特征，容易实现工业化大规模 生产。




[0012] 图1是防弹陶瓷压坯的结构示意图。
[0013] 图2是图1的侧视图。
[0014] 图3是防弹插板的结构示意图。


[0015] 实施例1 1) 将质量组成为碳化硅粉体90%、炭黑粉末3%、聚乙烯醇7%的原料混合均匀后，经喷 雾干燥制粒，然后在模具中压制成形，得到具有碳化硅压坯，如图1、图2所示； 2) 将质量组成为70%娃粉、5%碳化娃粉末和25%氮化硼粉末混合均勻后，在模具中压 制成形得到烧结熔渗剂的压坯； 3) 将碳化硅压坯和熔渗剂压坯叠放在一起，在真空度为4 X K^Pa的真空炉中，升温到 1550°C进行烧结保温1 h，得到反应烧结碳化硅； 4) 将烧结碳化硅表面的熔渗剂残留物轻敲后去除，得到反应烧结碳化硅瓷片。
[0016] 如图3所示，一种利用上述方法制得的反应烧结碳化硅瓷片制作的防弹插板，由2 个直角梯形的第一瓷片1、4个矩形的第二瓷片2和16个正方形的第三瓷片3构成；三种瓷 片采用不同模具压制成形，其它工艺条件不变第一瓷片的底边长度分别为a和2a，垂直于 底边的腰长为2a ;第二瓷片的长边长为2a，短边长为a ;第三瓷片的边长为2a ;所述的瓷片 布置为五行，最上方一行中间为两个第三瓷片，两侧为各一个第一瓷片，第二行中间为三个 第三瓷片，两侧为各一个第二瓷片；第三行为四个第三瓷片；第四行中间为三个第三瓷片， 两侧为各一个第二瓷片；第五行为四个第三瓷片；各个瓷片粘接在一个基板上。
[0017] 实施例2 1) 将质量组成为碳化硼粉体85%、炭黑粉末5%、石蜡溶液10%的原料混合均匀后，经喷 雾干燥制粒，然后在模具中压制成形，得到碳化硼压坯； 2) 将质量组成为65%硅粉、3%碳化硅粉末和32%氮化硼粉末混合均匀后，在模具中压 制成形得到烧结熔渗剂的压坯； 3) 将碳化硼压坯和熔渗剂压坯叠放在一起，在真空度为1ΧΚΓ1 Pa的真空炉中，升温 到1550°C进行烧结保温1 h，得到反应烧结碳化硼； 4) 将烧结碳化硼表面的熔渗剂残留物轻敲后去除，得到反应烧结碳化硼瓷片。
[0018] 实施例3 1) 将质量组成为碳化硅粉体80%、炭黑粉末10%、酚醛树脂溶液10%的原料混合均匀 后，经喷雾干燥制粒，然后在模具中压制成形，得到碳化硅压坯； 2) 将质量组成为70%硅粉、8%碳化硅粉末和22%氮化硼粉末混合均匀后，在模具中压 制成形得到烧结熔渗剂的压坯； 3) 将碳化硅压坯和熔渗剂压坯叠放在一起，在真空度为3 ΧΚΓ1 Pa的真空炉中，升温 到1650°C进行烧结保温3 h，得到反应烧结碳化硅； 4) 将烧结碳化硅表面的熔渗剂残留物轻敲后去除，得到反应烧结碳化硅瓷片。
[0019] 实施例4 1) 将质量组成为碳化硼粉体85%、炭黑粉末5%、聚乙烯醇10%的原料混合均匀后，经喷 雾干燥制粒，然后在模具中压制成形，得到碳化硼压坯； 2) 将质量组成为70%硅粉、3%碳化硅粉末和27%氮化硼粉末混合均匀后，在模具中压 制成形得到烧结熔渗剂的压坯； 3) 将碳化硼压坯和熔渗剂压坯叠放在一起，在真空度为1ΧΚΓ1 Pa的真空炉中，升温 到1500°C进行烧结保温1 h，得到反应烧结碳化硼； 4) 将烧结碳化硼表面的熔渗剂残留物轻敲后去除，得到反应烧结碳化硼瓷片。
[0020] 实施例2-4所制得的陶瓷片同样可拼接成实施例1所述的防弹插板。
[0021] 以上四个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明。但实施例具体细节 仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下的全部技术方案，因此不应理解为对本发明 的技术方案的限定。一些不偏离本发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术 效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明权利保护范围。