CN112194492B - 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板 - Google Patents

氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板 Download PDF

Info

Publication number
CN112194492B
CN112194492B CN202010967938.6A CN202010967938A CN112194492B CN 112194492 B CN112194492 B CN 112194492B CN 202010967938 A CN202010967938 A CN 202010967938A CN 112194492 B CN112194492 B CN 112194492B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon nitride
powder
ceramic material
whisker
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010967938.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112194492A (zh
Inventor
曾小锋
朱福林
肖亮
陈巨喜
李勇全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hengyang Kaixin Special Materials Technology Co ltd
Original Assignee
Hengyang Kaixin Special Materials Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hengyang Kaixin Special Materials Technology Co ltd filed Critical Hengyang Kaixin Special Materials Technology Co ltd
Priority to CN202010967938.6A priority Critical patent/CN112194492B/zh
Publication of CN112194492A publication Critical patent/CN112194492A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112194492B publication Critical patent/CN112194492B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/593—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5276—Whiskers, spindles, needles or pins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/608—Green bodies or pre-forms with well-defined density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明涉及一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法和应用、防弹插板。其中，按照质量百分数计，氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％。采用特定的组分及配比，其中，通过氮化物晶须和碳化物晶须和稀土氧化物对氮化硅粉体的共同作用，可以增强碳化硅陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性，且氮化物晶须与碳化物晶须配合，还可以提高碳化硅陶瓷材料的抗弹性能。同时，单质碳与三氧化二硼粉能在稀土氧化物的催化下，在氮化硅基体中形成非连续型的碳化硼晶须成分，不仅降低了材料的面密度，而且提高了材料的硬度及弹性模量。

Description

氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板
技术领域
本发明涉及氮化硅材料制备技术领域，特别是涉及一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板。
背景技术
陶瓷材料具有优异的综合性能，包括高比刚度、高比强度和良好的化学惰性，同时，陶瓷材料还具有低密度、高硬度和高抗压强度的优势。陶瓷材料优异的性能使其在装甲防护***上的应用具有非常大的潜力。
陶瓷作为装甲防护材料的主要优势是强度和硬度高、耐磨和密度小，然而，目前传统技术制得的陶瓷材料易破碎、抗多发打击性能弱，使陶瓷材料在高性能防护材料领域的应用受到极大的限制。且，现今弹炮材料性能逐步升级，例如目前穿甲弹的弹丸使用高密度合金钢、碳化钨或钨、贫铀合金钢等材料，弹丸初速为0.9km/s～1.8km/s，穿甲厚度达1m以上，穿甲能力强、飞行速度损失小，极具威胁力，这使得装甲防护材料面临着大的挑战。
目前主要有B4C、SiC和Al2O3三种类型的陶瓷防弹插板，但均存在断裂韧性较低、抗弯强度较低等性能缺陷，导致其抗弹性能特别是抗多发打击性能弱，因此，急需研发出一种断裂韧性和抗弯强度高且抗弹性能高的氮化硅陶瓷材料。
发明内容
基于此，本发明提供了一种断裂韧性和抗弯强度高且抗弹性能高的氮化硅陶瓷材料及其制备方法和应用、防弹插板。
本发明的技术方案如下。
本发明一方面提供了一种氮化硅陶瓷材料，按照质量百分数计，所述氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％。
在其中一些实施例中，所述氮化物晶须的长径比为(5～20):1；所述碳化物晶须的长径比为(50～100):1。
在其中一些实施例中，所述氮化物晶须和所述碳化物晶须的质量比为1:(1～3)。
在其中一些实施例中，所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物。
本发明另一方面提供了一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
提供以下原料：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％；
将所述原料混合于溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；
将所述造粒粉制成生坯；
将所述生坯烧结成型，得到氮化硅陶瓷材料。
在其中一些实施例中，所述将所述造粒粉制成生坯的步骤具体包括如下步骤：
采用双向模压成型对所述造粒粉进行干压压制，得到密度为1.5g/cm3～1.8g/cm3的生坯；
其中，双向模压成型的压力为120MPa～180MPa。
在其中一些实施例中，所述将所述生坯烧结成型的步骤具体包括如下步骤：
将所述生坯于400℃～600℃下脱脂，再800℃～900℃下充保护气体加压至1MPa～2MPa；然后在压力5MPa～7MPa下，于1600℃～1900℃烧结2h～8h；
其中，在所述烧结的温控步骤如下：
以每分钟3℃/min～5℃/min从400℃～600℃升温至800℃～900℃时，加压到1MPa～2MPa；
以每分钟2℃/min～3℃/min从800℃～900℃升温至1600～1900℃，其中，升温至1100℃～1200℃时加压到2MPa～3MPa，升温至1400℃～1500℃时加压到3MPa～5MPa；升温至1600℃～1900℃时加压至5MPa～7MPa。
本发明还提供了上述任一种氮化硅陶瓷材料或上述任一种的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料在制备防护制品中的应用。
进一步地，本发明还提供了一种防弹插板，所述防弹插板的材料为上述任一种氮化硅陶瓷材料或上述任一种的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料。
本发明还提供了一种装甲防护装备，所述装甲防护装备包括上述防弹插板。
有益效果
上述氮化硅陶瓷材料中，采用上述特定的组分及配比。其中，通过氮化物晶须和碳化物晶须和稀土氧化物对氮化硅粉体的共同作用，可以增强碳化硅陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性，且氮化物晶须与碳化物晶须配合，还可以提高碳化硅陶瓷材料的抗弹性能。同时，单质碳与三氧化二硼粉能在稀土氧化物的催化下，在氮化硅基体中形成非连续型的碳化硼晶须成分，不仅降低了材料的面密度，而且提高了材料的硬度及弹性模量。氮化硅陶瓷材料应用于防护制品时，能提高防护产品的抗弹性能和抗弯曲性能，从而提高防护制品的防护性能。
进一步地，上述氮化硅陶瓷材料中，氮化物晶须的长径比为(5～20):1，碳化物晶须的长径比为(50～100):1。通过长径比较短的氮化物晶须与长径比较长的碳化物晶须完美配合，进一步增强了碳化物晶须与氮化硅基体的结合能力，使氮化硅陶瓷材料的力学性抗弹性能进一步提高。
上述氮化硅复陶瓷材料的制备方法中，包括采用上述将原料混合于溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉，再将造粒粉制成生，及生坯烧结成型，从而得到面密度低、断裂韧性和抗弯强度高且抗弹性能高的氮化硅陶瓷材料。
本发明进一步提供了一种防弹插板，该防弹插板的材料为上述任一种氮化硅陶瓷材料或上述任一种的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料，该防弹插板的断裂韧性和抗弯强度高，且抗弹性能高。
附图说明
图1为本发明实施例1中制得的生坯的照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施方式提供了一种氮化硅陶瓷材料，按照质量百分数计，该氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％。
上述氮化硅陶瓷材料中，采用上述特定的组分及配比。其中，通过氮化物晶须和碳化物晶须和稀土氧化物对氮化硅粉体的共同作用，可以增强碳化硅陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性，且氮化物晶须与碳化物晶须配合，还可以提高碳化硅陶瓷材料的抗弹性能；同时，单质碳与三氧化二硼粉体能在稀土氧化物的催化下，在氮化硅基体中形成非连续型的碳化硼晶须成分，不仅降低了材料的面密度，而且提高了材料的硬度及弹性模量。氮化硅陶瓷材料应用于防护制品时，能提防护产品的抗弹性能和抗弯曲性能，从而提高防护制品的防护性能。
优选地，按照质量百分数计，上述氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体83wt％、碳单质3wt％、三氧化二硼粉体3wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量5wt％、稀土氧化物4wt％及粘结剂2wt％。
在其中一些优选的实施例中，上述氮化物晶须的长径比为(5～20):1；上述碳化物晶须的长径比为(50～100):1。
通常情况下，碳化物的晶须较长，与氮化硅材料结合能力较弱，很难达到理想的增强效果。因此，通过长径比较短的氮化物晶须与长径比较长的碳化物晶须完美复合，进一步增强了碳化物晶须与氮化硅基体的结合能力，使氮化硅陶瓷材料的力学性抗弹性能进一步提高。
在其中一些实施例中，上述氮化物晶须选自氮化铝晶须和氮化硅晶须中的至少一种；和/或上述碳化物晶须选自碳化硅晶须。
在其中一些实施例中，上述稀土氧化物的粒度D50为0.5微米～3.0微米。
可理解，上述稀土金属氧化物物中的稀土金属包括迄今为止已发现的稀土元素，包括元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系等17种元素。
在其中一些实施例中，上述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物。进一步地，氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合稀土氧化物在氮化硅陶瓷材料的烧结过程中，能进一步催化单质碳和三氧化二硼反应，从而在碳化硅基体中形成非连续型的碳化硼晶须成分，进而显著提高材料的抗弹性能。
在其中一些实施例中，上述单质碳选自石墨粉、木炭粉、焦粉炭、活性炭粉炭黑中的至少一种。
在其中一些实施例中，上述单质碳选自200目～600目的石墨粉。
在其中一些实施例中，上述氮化硅粉体为质量含量大于91％、粒度D50为0.6微米～0.8微米的α相氮化硅。
上述粘结剂可以是本领域内常用的各类粘结剂，在其中一些实施例中，上述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛和纤维素中的至少一种。
本发明一实施方式提供了一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤S10～S40。
步骤S10、提供以下原料：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％。
步骤S20、将步骤S10得到的原料混合于溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉。
步骤S30、将步骤S20得到的造粒粉制成生坯。
步骤S40、将步骤S30得到的生坯烧结成型，得到氮化硅陶瓷材料。
上述氮化硅复陶瓷材料的制备方法中，包括采用上述将原料混合于溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉，然后将造粒粉制成生，及生坯烧结成型，从而得到面密度低、断裂韧性和抗弯强度高且抗弹性能高的氮化硅陶瓷材料。在其中一个实施例中，步骤S20中，所用溶剂选自水或有机溶剂，进一步地，溶剂选自水、丙酮和无水乙醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，步骤S20的制浆步骤采用球磨工艺或滚筒磨工艺，具体地，使用砂磨机进行球磨，采用氮化硅球作为球磨介质，球磨时间0.5小时～3小时。其中，球磨介质的直径为0.6毫米～0.8毫米，砂磨机的转速为2000转/min～2800转/min，砂磨机的内衬为氮化硅材质或聚氨酯材质。
采用上述球磨工艺，可以降低混合原料的粒度，并提高粒度的均一性，使材料的综合性能得到提高。
在其中一些实施例中，步骤S20的干燥造粒步骤采用喷雾干燥造粒工艺。具体地，喷雾干燥造粒的出风口的温度设置为90℃～100℃，进风口的温度设置为350℃～400℃，造粒粉的粒度D50为60微米～80微米。
在其中一些实施例中，步骤S20中，浆料的粘度为20mpa·s～50mpa·s。
可理解，步骤S20中，根据浆料的粘度确定溶剂的用量。
需要说明的是，步骤S20中氮化物晶须及碳化物晶须可以单独单分开单独加入溶剂中，也可以先将两者复合后再加入溶剂中。
在其中一些实施例中，步骤S30中将造粒粉制成生坯的步骤具体包括如下步骤：
采用双向模压成型对上述造粒粉进行干压，得到密度为1.5g/cm3～1.8g/cm3的生坯；
其中，上述双向模压成型的压力为120MPa～180MPa。
在一具体示例中，步骤S20制得的生坯的形状为弧面形状，如附图1所示。
将造粒粉制成具有弧面形状的生坯，从而得到具有弧面形状的陶瓷材料，弧面形状的陶瓷材料有利于提高陶瓷材料的抗弹性能。
在其中一些实施例中，步骤S30中将造粒粉制成生坯的步骤所用的模具的材料为钨合金，该硬质合金中钨的质量占1wt％～10wt％。
需要说明的是，生坯的厚度可以根据陶瓷材料实际应用时对面密度及抗弹性能的要求在5.0mm～15.0mm范围内进行调整。
在其中一些实施例中，步骤S30中将生坯烧结成型的步骤具体包括如下步骤：
将步骤S20得到的生坯于400℃～600℃下脱脂，再于800℃～900℃下充保护气体加压至1MPa～2MPa，然后在压力5MPa～7MPa下，于1600℃～1900℃烧结2h～8h。
进一步地，步骤S30中将生坯烧结成型的步骤中的温控程序如下：
以每分钟3℃/min～5℃/min从400℃～600℃升温至800℃～900℃时，加压到1MPa～2MPa；
以每分钟2℃/min～3℃/min从800℃～900℃升温至1600～1900℃，其中，升温1100℃～1200℃时加压到2MPa～3MPa，升温至1400℃～1500℃时加压到3MPa～5MPa；升温至1600℃～1900℃时加压至5MPa～7MPa。其中，以每分钟3℃/min～5℃/min升温从400℃～600℃至800℃～900℃的过程中抽真空，后续加压均是通过冲入氮气等保护气体加压。
在其中一些实施例中，步骤S30中将生坯烧结成型的步骤所用的烧结治具为凹面结构。
凹面结构的烧结治具可以与具有弧面形状的生坯相吻合。进一步地，烧结治具的材料为密度为1.7g/cm3～1.8g/cm3的高纯高强石墨。特定结构和材料的烧结治具保障了陶瓷材料的致密烧结，一方面保证了烧结形状的可控性；另一方面提高了生坯在烧结过程中的受热均匀性，从而能精确控制氮化硅陶瓷材料的尺寸收缩，解决产品尺寸难以把控及生产不稳定的问题。
可理解，可根据实际应用的需要，对上述生坯还可以是其它形状，相应地，烧结治具的结构与生坯的形状相吻合。同时，还可根据实际需要，对制得的氮化硅陶瓷材料进行切割、抛光。
本发明一实施方式还提供了上述任一种氮化硅陶瓷材料或上述任一种的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料在制备防护制品中的应用。
上述氮化硅陶瓷材料应用于制备防护制品时，能提高防护产品的抗弹性能和抗弯曲性能，从而提高防护制品的防护性能。
上述防护制品包括但不限于装甲防护装备、汽车防弹板、防护门等。
进一步地，本发明一实施方式还提供了一种防弹插板，上述防弹插板的材料为上述任一种氮化硅陶瓷材料或上述任一种的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料。
该防弹插板的断裂韧性和抗弯强度高，且抗弹性能高。
本发明一实施方式还提供了一种装甲防护装备，该装甲防护装备包括上述防弹插板。
上述装甲防护装备包括但不限于装甲防护门、防弹头盔和防弹盾牌等。
具体实施例
这里按照本发明的氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用举例，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1
按照质量百分数计，提供以下组分：80wt％氮化硅粉体、8wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、3wt％的石墨粉(325目)、3wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、4wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为10:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
2)将步骤1)提供的组分于无水乙醇作为混合经球磨制得浆料。其中，以直径3.6毫米的氮化硅球作为球磨介质，磨球搅拌2小时，出浆后再使用砂磨机球磨1h，其中，砂磨机中的球磨介质为直径0.8mm氮化硅小球，转速为2600转/min，砂磨机内衬为氮化硅材质。最后将浆料经喷雾干燥造粒，喷雾干燥时的进风口温度设置为280℃，出风口温度设置为105℃，喷雾塔内径2.5米，喷雾盘转速为9000转/min，得到的造粒粉的粒度D50为80微米。
3)将步骤2)制得的造粒粉粉料置于钨5wt％的硬质合金干压模具中进行干压，得到生坯，如附图1所示，其中，成型压力为150MPa。最终制得的生坯密度达到1.7g/cm3，坯体厚度为6.3mm，坯体形状为弧面形状。
4)将步骤3)得到的生坯置于烧结治具中，烧结治具具有凹面结构，与弧面形状的生坯相吻合。然后在真空环境中于600℃以下脱脂8h，脱脂结束后以每分钟3℃升温至800℃时充氮气开始加压到1MPa，然后以每分钟3℃升温至1200℃时加压到2MPa，继续升至1500℃时加压到3MPa，当温度升至1800℃加压到6MPa，保温烧结3小时。烧结完毕后降每分钟2℃降温至800℃，之后随炉降至室温取出，得到碳化硅陶瓷材料，用作防弹插板。烧结治具的材料为密度1.8的高纯高强石墨。
实施例2
1)按照质量百分数计，提供以下组分：90wt％氮化硅粉体、3wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、1wt％的石墨粉(325目)、2wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、2wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为100:1，氮化硅晶须的长径比为10:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:2；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
实施例3
1)按照质量百分数计，提供以下组分：85wt％氮化硅粉体、5wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、6wt％的石墨粉(325目)、2wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、1wt％稀土氧化物和1％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为70:1，氮化硅晶须的长径比为20:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:3；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
实施例4
1)按照质量百分数计，提供以下组分：82wt％氮化硅粉体、4wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、4wt％的石墨粉(325目)、2wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、7wt％稀土氧化物和1％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为10:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
实施例5
1)按照质量百分数计，提供以下组分：80％氮化硅粉体、1wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、6wt％的石墨粉(325目)、10wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、1wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为30:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
实施例6
1)按照质量百分数计，提供以下组分：83wt％氮化硅粉体、5wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、3wt％的石墨粉(325目)、3wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、4wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为30:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
实施例7
1)按照质量百分数计，提供以下组分：80wt％氮化硅粉体、8wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、3wt％的石墨粉(325目)、3wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、4wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为10:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为2:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
实施例8
1)按照质量百分数计，提供以下组分：80wt％氮化硅粉体、8wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、3wt％的石墨粉(325目)、3wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、4wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为10:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧和氧化镨的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧和氧化镨的质量比为2:1:1:。
其它步骤及其工艺条件与同实施例1相同。
对比例1
按照质量百分数计，提供以下组分：80wt％氮化硅粉体、8wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、3wt％的石墨粉(325目)、3wt％的三氧化二硼粉(粒度D50为50纳米)、4wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为40:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
其余步骤和工艺条件与实施例1相同
对比例2
按照质量百分数计，提供以下组分：80wt％氮化硅粉体、8wt％的碳化硅晶须和氮碳化硅晶须、6wt％碳化硼粉体(粒度D50为50纳米)、4wt％稀土氧化物和2％粘结剂；其中，氮化硅粉体的纯度为99.6％，α相氮化硅的质量含量为92％，氮化硅粉体的粒度D50为0.6微米；碳化硅晶须的长径比为50:1，氮化硅晶须的长径比为10:1，氮化硅晶须和碳化硅晶须的质量比为1:1；稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物，粒度D50为1.0微米，且氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的质量比为2:1:1:1。
实施例1～8及对比例1～2中所用粘结剂均为聚乙烯醇缩丁醛。
实施例9
1、对实施例1～8及对比例1～2制得的获得防弹插板进行抗弯强度、断裂韧性和抗弹性能的测试，抗弯强度和断裂韧性的测试标准分别参考GB/T23806—2009和GBT/23806-2009；抗弹性能的测试参考标准中国人民武装警察部队后勤部标准WHB 917-2015。
2、对实施例1～8及对比例1～2制得的防弹插板的面密度进行测试，测试参考标准中国人民武装警察部队后勤部标准WHB 917-2015。
得到的结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0002683024790000121
Figure BDA0002683024790000131
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氮化硅陶瓷材料，其特征在于，按照质量百分数计，所述氮化硅陶瓷材料的原料包括以下组分：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％；
其中，所述氮化物晶须的长径比为(5～20):1；所述碳化物晶须的长径比为(50～100):1；
所述氮化物晶须和所述碳化物晶须的质量比为1:(1～3)。
2.如权利要求1所述的氮化硅陶瓷材料，其特征在于，所述单质碳选自石墨粉、木炭粉、焦粉炭、活性炭粉及炭黑中的至少一种。
3.如权利要求1所述的氮化硅陶瓷材料，其特征在于，所述氮化物晶须和所述碳化物晶须的质量比为1:3。
4.如权利要求1所述的氮化硅陶瓷材料，其特征在于，所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨和氧化钪的混合物。
5.一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供以下原料：氮化硅粉体80wt％～90wt％、碳单质1wt％～6wt％、三氧化二硼粉体1wt％～10wt％、氮化物晶须及碳化物晶须两者总量1wt％～10wt％、稀土氧化物1wt％～10wt％及粘结剂1wt％～6wt％；其中，所述氮化物晶须的长径比为(5～20):1；所述碳化物晶须的长径比为(50～100):1；所述氮化物晶须和所述碳化物晶须的质量比为1:(1～3)；
将所述原料混合于溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；
将所述造粒粉制成生坯；
将所述生坯烧结成型，得到氮化硅陶瓷材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述将所述造粒粉制成生坯的步骤具体包括如下步骤：
采用双向模压成型对所述造粒粉进行干压，得到密度为1.5g/cm3～1.8g/cm3的生坯；
其中，双向模压成型的压力为120MPa～180MPa。
7.如权利要求5～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述将所述生坯烧结成型的步骤具体包括如下步骤：
将所述生坯于400℃～600℃下脱脂，再于800℃～900℃下充保护气体加压至1MPa～2MPa；然后在压力5MPa～7MPa下，于1600℃～1900℃烧结2h～8h；
其中，在将所述生坯烧结成型的步骤中的温控程序如下：
以每分钟3℃/min～5℃/min从400℃～600℃升温至800℃～900℃℃时，加压到1MPa～2MPa；
以每分钟2℃/min～3℃/min从800℃～900℃升温至1600～1900℃，其中，升温至1100℃～1200℃时加压到2MPa～3MPa，升温至1400℃～1500℃时加压到3MPa～5MPa；升温至1600℃～1900℃时加压至5MPa～7MPa。
8.如权利要求1～4任一项所述的氮化硅陶瓷材料在制备防护制品中的应用。
9.一种防弹插板，其特征在于，所述防弹插板的材料为如权利要求1～4任一项所述的氮化硅陶瓷材料。
10.一种装甲防护装备，其特征在于，所述装甲防护装备包括如权利要求9所述的防弹插板。
CN202010967938.6A 2020-09-15 2020-09-15 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板 Active CN112194492B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010967938.6A CN112194492B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010967938.6A CN112194492B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112194492A CN112194492A (zh) 2021-01-08
CN112194492B true CN112194492B (zh) 2021-07-09

Family

ID=74015143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010967938.6A Active CN112194492B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112194492B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113121240B (zh) * 2021-04-23 2022-10-21 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种高耐磨氮化物结合碳化硅复合陶瓷过流件的制备方法
CN115710130A (zh) * 2021-11-10 2023-02-24 衡阳凯新特种材料科技有限公司 一种陶瓷组合物、氮化硅陶瓷材料及其制备方法和氮化硅陶瓷制品的制备方法
CN115233066B (zh) * 2022-08-09 2023-11-03 湖南省冶金材料研究院有限公司 一种陶瓷材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60200863A (ja) * 1984-03-21 1985-10-11 三菱マテリアル株式会社 窒化珪素基セラミツクス
JPH06102577B2 (ja) * 1985-11-29 1994-12-14 京セラ株式会社 窒化珪素質焼結体
US5162270A (en) * 1991-08-27 1992-11-10 Third Millennium Technologies, Inc. Structural ceramics incorporating boron carbide whiskers for the strengthening thereof
CN104944928A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 佛山市元山大都科技有限公司 一种轻质量级的氧化铝防弹陶瓷的制备方法
CN105502400B (zh) * 2015-12-03 2017-08-22 郑州大学 一种b4c晶须的制备方法
CN106542839A (zh) * 2016-10-28 2017-03-29 宁波鑫汇力精密工具有限公司 一种晶须型增韧陶瓷的制备方法
CN107337210A (zh) * 2017-07-24 2017-11-10 润鸣新素材(通辽)有限公司 一种碳化硼制备方法
CN111377449A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 内蒙古元瓷新材料科技有限公司 一种碳化硼纳米颗粒的制备方法
CN110330345B (zh) * 2019-07-03 2020-05-05 衡阳凯新特种材料科技有限公司 氮化硅陶瓷材料及其制备方法和陶瓷模具

Also Published As

Publication number Publication date
CN112194492A (zh) 2021-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112194492B (zh) 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板
CN103613389B (zh) 碳化硼陶瓷烧结制备方法
CN109879669B (zh) 一种具有高强度的高熵陶瓷复合材料及其制备方法和应用
CN108640687B (zh) 一种碳化硼/碳化硅复相陶瓷及其制备方法
CN102503429B (zh) 常压烧结碳化硼陶瓷的制备方法
CN104446483A (zh) 一种无压烧结碳化硼陶瓷防弹片的批量生产方法
CN101967059B (zh) 一种碳化硅防弹陶瓷的制备方法
CN113277863B (zh) 陶瓷复合材料及其制备方法、防弹板及装甲防护装备
CN109015425B (zh) 一种树脂结合剂砂轮及其制备方法
CN104630529A (zh) B4C作为弥散强化添加剂的细晶WC-Co硬质合金及其制备方法
CN110342943B (zh) 工业压力下合成无粘结剂聚晶氮化硼块材的方法及其应用
CN105601280A (zh) 一种低成本轻质高防弹性能B4C/SiC复合陶瓷防弹板及制备方法
CN110903091A (zh) 一种SiC-Ti3SiC2复合材料及其制备方法
CN111777415B (zh) 一种碳化硼防弹材料及其制备方法
CN101337816A (zh) 一种碳化硼基复合材料及其制备方法
CN111957977A (zh) 一种具有良好耐热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN110204337B (zh) 一种航天陀螺仪轴承用碳化硼陶瓷材料的制备方法及其碳化硼陶瓷材料
CN101948312A (zh) 一种碳化硅防弹陶瓷
CN107746282A (zh) 一种原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法
CN101914734B (zh) 铝基内原位生长制备尖晶石晶须/铝复合块体材料的方法
CN111825461A (zh) 石墨烯改性碳化硅陶瓷材料及其制备方法及防弹装甲
CN111825462A (zh) 金刚石石墨烯改性碳化硅陶瓷材料及其制备方法及防弹装甲
CN111499386A (zh) 一种复合陶瓷材料及其制备方法
CN108395251B (zh) 一种整体式碳化硅木质陶瓷防弹面板的制备方法
CN106631028A (zh) 一种金属复合镁碳化硅防弹陶瓷的制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Silicon nitride ceramic material and its preparation method and application, bulletproof insert plate

Effective date of registration: 20220614

Granted publication date: 20210709

Pledgee: Hengyang financing guarantee Group Co.,Ltd.

Pledgor: HENGYANG KAIXIN SPECIAL MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2022990000331

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20230704

Granted publication date: 20210709

Pledgee: Hengyang financing guarantee Group Co.,Ltd.

Pledgor: HENGYANG KAIXIN SPECIAL MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2022990000331