特种陶瓷课程设计论文无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计.

北方民族大学课程设计报告

院（部、中心）材料科学与工程学院

姓名王乾象学号 20090167 专业材料科学与工程班级 094 同组人员张中马海浪温润浩海延军

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

北方民族大学教务处制

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)

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

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

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 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

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，在高热下极易氧化、聚合或分解、无毒，油酸由于含有双键，在空气中长期放置时能发生自氧化作用，局部转变成含羰基的物质，有腐败的哈喇味，这是油脂变质的原因。商品油酸中，一般含7%～12%的饱和脂肪酸，如软脂酸和硬脂酸等，油酸的钠盐或钾盐是肥皂的成分之一，纯的油酸钠具有良好的去污能力，可用作乳化剂等表面活性剂，并可用于治疗胆石症，油酸的其他金属盐也可用于防水织物、润滑剂、抛光剂等。

添加油酸的目的：为了降低成型时粉末之间及粉末与模壁之间的摩擦，改善压坯密度分布减少磨具磨损消除磨具内表面的划伤，并有利于降低脱模压力。

（2）乙醇

乙醇的结构简式为CH3CH2OH俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性，乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等，医疗上也常用体积分数为70%—75%的乙醇作消毒剂等，无色透明液体，有特殊香味，易挥发，能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度(d15.56)0.816，易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物。