特种陶瓷课程设计--无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计

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1、 课程设计报告 院（部、中心） 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程 班 级 课程名称 特种陶瓷材料课程设计 设计题目名称 无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计 起止时间 成 绩 指导教师签名 目 录 一 研究背景和意义 1 二 生产工艺流程 2 三 原料准备 . 3 3.1 原料配比 . 3 3.2 各添加剂的作用 3 四 主要设备及其工作原理、结构和前景 5 4.1 主要设备 . 5 4.2 主要设备的工作原理、结构和前景 5 五 实验过程 16 5.1 粉料制备 16 5.2 素坯成型 16 5.3 素坯烧结17 5.4 加工 .17 5.5 性能测试 17 六 数据处理 18 七

2、 SiC 陶瓷生产工艺平面布置图 .20 八 制品缺陷分析.21 九 小结21 十 参考文献 22 1 一 研究背景和意义 由于防弹材料用于坦克、自行火炮、直升飞机及单兵防弹服、 头盔、防弹盾板等，故要求重量轻，可见防弹材料应具备的特性 可概括为：高硬度、高强度、高韧性和低密度，即“三高一低” 。 对于防弹材料早在古代以采用青铜作铠甲，近代坦克仍然离不开 钢甲，但陶瓷的防弹性能明显高于钢甲。这是由于陶瓷的低密度 效应、吸能效应、磨损效应和动力学效应等有益于发挥陶瓷材料 的抗弹能力。满足以上条件的要属于碳化硅陶瓷了。 还要值得指出的是，穿甲弹丸、碎片等投射物主要依靠其动 能来攻击目标，因此对投射

3、物的防御就是如何有效地降低投射物 的速度，并消耗其动能；另一个不可忽视的是投射物在撞击和侵 彻目标时还产生应力波，在正对弹着点的背面处，往往造成圆锥 形的碎裂崩落， 则是应力波在背面自由表面反射形成拉伸波所致。 碳化硅（SiC）陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如高的强 度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩 擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料 中最佳的。在航空、航天、汽车、机械 、石化、冶金和电子等行 业得到了广泛的应用。目前，制备高密度 SiC 陶瓷的方法主要有 无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结等。无压烧结的 材料，其高温强度可一直维持到

4、1600，是陶瓷材料中高温强度 最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。SiC 陶 2 瓷的缺点是断裂韧性较低，即脆性较大，为此近几年以 SiC 陶瓷 为基的复相陶瓷，如纤维(或晶须)补强、异相颗粒弥散强化、以 及梯度功能材料相继出现，改善了单体材料的韧性和强度。 SiC 陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关，SiC 是共价键很强 的化合物，SiC 中 Si-C 键的离子性仅 12左右。因此，SiC 强度高、 弹性模量大，具有优良的耐磨损性能；在电性能方面，SiC 具有半导 体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性；此外，SiC 还有优良 的导热性。本方案通过以下制备工艺，制备出满足以

5、上要求的碳化硅 陶瓷防弹片。 二 生产工艺流程 由于陶瓷产品最终性能的要求或者成型过程的需要，成型之 前需对粉末原料进行一些预处理，主要包括配料、混料、塑化、 造粒等。因此，碳化硅陶瓷环的生产工艺流程主要包括配料、混 料、造粒、成型、烧结及后续机械加工等。其生产工艺流程如图 2.1。 图 2.1 碳化硅陶防弹片的生产工艺流程图 配方计算 烧结 干燥 成型 混合 配料 性能检测 3 三 原料准备 3.1 原料配比 在特种陶瓷工艺中，配料对制品的性能和以后各道工序影响很 大，必须认真进行，否则会带来不可估量的影响。本工艺碳化硅陶瓷 原料主要有碳化硅、碳化硼、油酸、酚醛树脂、乙醇、水、Daram-c

6、 及磨介等。碳化硅陶瓷料的制备是按照配方比例进行配料的，本工艺 所用料的配方比例如表 3.1 所示。 并按配方称量所需物质按下述操作 进行料的制备。 查阅大量资料及特种陶瓷材料的实验， 按照下表的数据配料最合 适。 表 3.1 配料表 配料名称 用量 碳化硅 385.6g 碳化硼 4g 酚醛树脂 24g 油酸 4ml 乙醇 140ml 水 260ml Dararn 1ml HT 38.56ml 聚氨酯球 800g 3.2 各添加剂的作用 (1)润滑剂油酸 4 纯油酸为无色油状液体，有动物油或植物油气味， 久置空气中颜 色逐渐变深，工业品为黄色到红色油状液体，有猪油气味。纯油酸熔 点 16.3，沸点 286(100 毫米汞柱)，相对密度 0.8935(20/4)， 折射率 1.4582，易溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂中，不溶于水、 易燃、遇碱易皂化，凝固后生成白色柔软固体， 在高热下极易