本發明涉及一種防彈陶瓷的制備方法，尤其是涉及一種采用熱等靜壓方法制備金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的方法。
背景技術：
防彈陶瓷在軍事裝備及煤炭、礦山等特種作業工作人員安全防護中的應用很廣泛。在現代大規模戰爭以及反暴力、反恐怖的斗爭中，對于如何抵御槍、炮、導彈對軍事裝備及人員的損害，同樣顯得非常重要。而應用防彈陶瓷對減小傷亡、提高戰斗力，增加勝利因素，起著關鍵作用。
目前國際上流行的防彈陶瓷的材質主要有Al2O3防彈陶瓷、碳化硅防彈陶瓷等等，但這些陶瓷在輕量化、強韌化方面仍然不能滿足現代軍事需要。如何引入新型材料，從而更好賦予防彈陶瓷更高的硬度和耐磨性，高的壓縮強度和高應力時的優良彈道性能，對更好阻止子彈、炮彈的穿透和陶瓷輕量化，起著至關的重要作用。
熱等靜壓制備技術是將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等的壓力，同時施以高溫，在高溫高壓的作用下，制品得以燒結和致密化。熱等靜壓技術優點在于集熱壓和等靜壓的優點于一身，成形溫度低，產品致密，性能優異，故是高性能材料制備的必要手段，但是由于現有防彈陶瓷的燒成溫度在2030-2300℃，超出熱等靜壓成型設備的燒成范圍，所以現有防彈陶瓷均以冷等靜壓成型，然后再進行高溫燒成。工藝復雜，過程繁瑣，增加了防彈陶瓷制備的制備難度和生產成本。
技術實現要素：
本發明針對現有技術不足，提出了一種金屬復合鎂碳化硅復合防彈陶瓷的制備方法，采用熱等靜壓技術在高溫、高壓的狀態下成型并燒制出防彈陶瓷。
本發明所采用的技術方案：
一種金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，其生產步驟如下：
1）將金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰進行事先預混合備用；
2）以碳化硅、高純燒結氧化鎂為主要原料，加入適量酚醛樹脂攪拌30-35分鐘，再加入事先拌制的金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰混合粉，再攪拌10-15分鐘，制備出金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷粉料；
3）將制備好的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷粉料裝入低碳鋼的包套中，使用氮氣作為介質，通過電磁或電阻加熱方式對包套進行升溫，采用熱等靜壓方式加壓、保溫，獲得相應形狀的坯體，再通過線切割獲得所需形狀的防彈陶瓷。
所述的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，步驟1）中，金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰用量的質量比為1：(0.5-0.8) ：（0.1－0.05），其中各組分的純度按：金屬鋁中Al含量≥99%，納米氧化鋁中Al2O3含量≥99.6%，氧化鈰中 CeO2 含量≥99.999% 計。
所述的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，制備金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰混合粉時，可以加入一定量的鎂鋁合金，鎂鋁合金的用量不大于金屬鋁用量的30%，鎂鋁合金中的Al含量為47-53%。
所述的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，步驟2）中，碳化硅、高純燒結氧化鎂、酚醛樹脂、事先拌制混合粉的質量比為1：（0.8-0.65）：（0.015－0.03）：（0.08－0.12），其中碳化硅中SiC含量≥98%，高純燒結氧化鎂中MgO含量≥97.8%，酚醛樹脂的固含量為55-65%。
所述的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，采用熱等靜壓方式成型防彈陶瓷的壓力為100-120MPa, 燒成溫度為1100-1200℃，保溫時間為1.5-2小時。
本發明的有益效果：
1、本發明以金屬鋁、鋁鎂合金為燒結劑、以納米氧化鋁和氧化鈰為復合穩定劑、以碳化硅、高純燒結氧化鎂為主要原料，以酚醛樹脂為結合劑，將傳統的Al2O3防彈陶瓷、碳化硅陶瓷的燒結溫度從2030-2300℃降低至1100-1200℃，從而使其能采用熱等靜壓技術在高溫、高壓的狀態下成型并進行燒成，從而制備出一種金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷，并使陶瓷獲得了超高的強度，并附以優異的忍性，抗沖能力，耐磨損性，進一步提高了碳化硅防彈陶瓷的硬度、耐磨性、耐撞擊性和高抗彎強度，更好的實現防止子彈、炮彈的穿透彈效果。
2、本發明金屬復合鎂碳化硅復合防彈陶瓷的制備方法，與現有防彈陶瓷技術相比，主要通過引入了金屬鋁、鋁鎂合金，及采用納米氧化鋁和氧化鈰為復合穩定劑，以高純燒結氧化鎂替代部分碳化硅，再通過熱等靜壓成型和燒成，從而將現有防彈陶瓷通過冷等靜壓成型和燒成二個工序，合為一個熱等靜壓成型工序，通過復合穩定劑的采用，可實現用30-45%的高純燒結氧化鎂替代碳化硅原料，從而在降低防彈陶瓷制造成本的同時，實現防彈陶瓷輕量化，密度小、重量輕，高硬度，與現有的氧化鋁防彈陶瓷、碳化硅防彈陶、碳化硼基復合防彈陶瓷相比，具有更好的耐撞擊性和高抗彎強度。
具體實施方式
下面通過具體實施方式，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
實施例1
本發明金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，生產步驟如下：
1）將金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰進行事先預混合備用；
2）以碳化硅、高純燒結氧化鎂為主要原料，加入適量酚醛樹脂攪拌30-35分鐘，再加入事先拌制的金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰混合粉，再攪拌10-15分鐘，制備出金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷粉料；
3）將制備好的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷粉料裝入低碳鋼的包套中，使用氮氣作為介質，通過電磁或電阻加熱方式對包套進行升溫，采用熱等靜壓方式加壓、保溫，獲得相應形狀的坯體，再通過線切割獲得所需形狀的防彈陶瓷。
實施例2
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，其與實施例1的不同在于：步驟1）中，金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰用量的質量比為1：(0.5-0.8) ：（0.1－0.05），其中各組分的純度按：金屬鋁中Al含量≥99%，納米氧化鋁中Al2O3含量≥99.6%，氧化鈰中 CeO2 含量≥99.999% 計。
實施例3
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，其與實施例2的不同之處在于：制備金屬鋁、納米氧化鋁和氧化鈰混合粉時，可以加入一定量的鎂鋁合金，鎂鋁合金的用量不大于金屬鋁用量的30%，鎂鋁合金中的Al含量為47-53%。
其中，金屬鋁或鎂鋁合金的粒度為500目；納米氧化鋁的粒度為40-80nm；氧化鈰的粒度為3-8μm。
實施例4、實施例5
此兩個實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，其分別與實施例2、實施例3的不同之處在于：步驟2）中，碳化硅、高純燒結氧化鎂、酚醛樹脂、事先拌制混合粉的質量比為1：（0.8-0.65）：（0.015－0.03）：（0.08－0.12），其中碳化硅中SiC含量≥98%，高純燒結氧化鎂中MgO含量≥97.8%，酚醛樹脂的固含量為55-65%。
其中，碳化硅的粒度為500目、高純燒結氧化鎂的粒度為320目。
實施例6-實施例10
此五個實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，其與前述各實施例分別不同的是：采用熱等靜壓方式成型防彈陶瓷的壓力為100-120MPa, 燒成溫度為1100-1200℃，保溫時間為1.5-2小時。
實施例11
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例2的不同之處在于：步驟1）中，所述金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.1：0.5：0.1。
實施例12
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例2的不同之處在于：步驟1）中，金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.1：0.5 ：0.05。
實施例13
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例1的不同之處在于：步驟1）中，金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.1：0.8：0.1。
實施例14
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例1的不同之處在于：步驟1）中，金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.1：0.8：0.05。
實施例15
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例1的不同之處在于：步驟1）中，金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.3：0.5：0.1。
實施例16
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例1的不同之處在于：步驟1）中，金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.3：0.5：0.05。
實施例17
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與實施例1的不同之處在于：步驟1）中，金屬鋁、鎂鋁合金、納米氧化鋁和氧化鈰質量比為1：0.2：0.6-0.7：0.1-0.05。
實施例18
本實施例的金屬復合鎂碳化硅防彈陶瓷的制備工藝，與前述各實施例1的不同之處在于：步驟2）中，所述碳化硅、高純燒結氧化鎂、酚醛樹脂、事先拌制混合粉的質量比為1：0.8-0.65：0.015－0.03：0.08－0.12。
金屬鋁的熔點為660℃，本發明的關鍵技術就是利用金屬鋁熔點低，其熔融后對防彈陶瓷材料有一定的潤濕性，以此來促進防彈陶瓷的燒結，并改善防彈陶瓷的高溫力學性能，使其達到優質、高效的使用要求，并將燒結溫度從2030-2300℃降低至1100-1200℃，而熱等靜壓設備的燒成溫度一般在1000-2000℃，由此實現防彈陶瓷的熱等靜壓生產工藝，實現了工藝簡化、能源節約、產品性能改善。
鎂鋁合金的共熔點更低，為460℃。本發明通過加入少量的鎂鋁合金，更有利于防彈陶瓷的梯度燒結，從而在其內部自生出增韌相，提高陶瓷材料的斷裂韌性，提高抗沖擊載荷的能力。