碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用第三部分
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。
碳化硅陶瓷的发展与应用
碳化硅陶瓷的发展与应用1073112 王苗摘要：碳化硅陶瓷以其优异的抗热震、耐高温、抗氧化和耐化学腐蚀等特性而广泛地应用于石油、化学、汽车、机械和宇航等工业领域中，并日益引起人们的重视。
本文对各种SiC 陶瓷的制备方法、性能特点及其应用现状进行了综合评述。
关键词：碳化硅陶瓷发展与应用Abstract: Silicon carbide ceramics have been widely used in petroleum, chemical, automotive，mechanical and aerospace industries because of their excellent resistance to thermal shock, high temperatures, oxidation and chemical corrosion. In this paper, the fabricating methods, mechanical properties and current applications of various SiC ceramics are revicwed.Key Words: SiC Ceramics Development and Application1 前言现代国防、核能和空间技术以及汽车工业、海洋工程的迅速发展, 对火箭燃烧室内衬、飞机涡轮发动机叶片、核反应堆结构部件、高速气动轴承和机械密封零件等材料的要求愈来愈高, 迫切需要开发各种新型高性能结构材料。
碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性, 因此, 已经在许多领域大显身手, 并日益受到人们的重视。
例如, SiC陶瓷在石油化学工业中已被广泛地用作各种耐腐蚀用容器及管道在机械工业中已被成功地用作各种轴承、切削刀具和机械密封部件在宇航和汽车工业中也被认为是未来制造燃气轮机、火箭喷嘴和发动机部件的最有希望的候选材料。
碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷【摘要】碳化硅陶瓷是一种极其重要的材料，它在工程领域和各行各业都有广泛的应用。
文章简述了碳化硅陶瓷的发展过程，综述了其在陶瓷球、磨料磨具、碳化硅陶瓷基复合材料以及其他方面的应用。
展望了碳化硅陶瓷在工业领域的应用前景以及高技术碳化硅陶瓷的重要应用，提出发展碳化硅陶瓷生产技术应有紧迫感。
【关键词】碳化硅；陶瓷球；磨料磨具；复合材料Abstract: 碳化硅ceramics is a very important material，it is applied widely in project field and many other industries．The article summarized 碳化硅ceramics' development history and application in ceramic balls，abrasives，碳化硅ceramic matrix composite and other aspects．In addition，碳化硅ceramics' prospective application in the high technology and the importance of high technology 碳化硅ceramics are proposed with impressive sense．Key words: 碳化硅; ceramic balls; abrasives; matrix composite引言21 世纪，随着科学技术的发展，信息、能源、材料、生物工程已经成为当今社会生产力发展的四大支柱，碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点［1-2］，在材料领域发展迅速。
碳化硅陶瓷因具有密度低、热膨胀系数小、硬度高、耐高温，弹性模量大、耐腐蚀等特点，普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体材料、陀螺、测量仪、航空航天等领域。
碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用
碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用摘要：碳化硼陶瓷是一种新型功能陶瓷材料，具有硬度高、高温强度大、抗热震性好和抗蚀性强等特点，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。
本文介绍了碳化硼陶瓷的性能、制备方法及在防弹领域的应用进行了探讨。
关键词：碳化硼陶瓷；烧结工艺；防弹领域1引言碳化硼是一种新型功能陶瓷材料，具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、抗磨损等优良特性，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。
碳化硼陶瓷因其具有超高硬度（HV7000）、高温强度（1000℃）和高强度（1800 MPa），同时又具有良好的韧性和抗热震性，被誉为“陶瓷中的钻石”。
因此，对碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用将具有良好的现实意义。
2碳化硼防弹陶瓷的制备方法2.1 无压烧结无压烧结是一种既简便又经济的制备方法，其所需要的主要设备有冷压压制机和烧结炉。
目前，碳化硼陶瓷无压烧结成型工艺主要有灌浆成型工艺、凝胶注模成型工艺、冷等静压成型工艺等。
通过单向挤压的方法，获得了足够加工强度的坯料。
冷等静压可获得致密、受力均匀的毛坯，其性能显著改善，逐渐成为高性能碳化物制品的普适性成形技术。
纯B4C的无压烧结是一种极难实现的材料，其致密化过程中的孔洞缺陷及致密程度是决定材料性能的重要因素。
结果表明，烧结温度、粉体尺寸对致密程度有较大的影响。
粉体材料对碳化硼陶瓷的烧结性有很大的影响。
粉体越细，加热速度越快，对提高致密度越有利。
随着粉体尺寸的减小、比表面积的增大，烧结驱动力增大：提高粉体的表面积、提高烧结温度，使致密性得到提高，致密度达到56%-71%。
迅速的加热有利于获得高的致密性的良好的显微组织，这是由于挤压能够被加热到这样的温度，在微观组织变粗化之前发生致密化。
结果表明，在2250-2350℃的高温下，使用含氧量≤3 m的超细粉，是实现纯碳化硼无压烧结的关键。
1.2 热压烧结热压烧结是在高强石墨模中填充干燥混合均匀的碳化硼粉末，并在加热的同时，对其进行单向加压，从而达到成形与烧结的目的。
碳化硅陶瓷的发展及应用
碳化硅陶瓷的发展及应用碳化硅陶瓷是一种新兴的陶瓷材料，具有出色的性能和广泛的应用前景。
在过去几十年里，碳化硅陶瓷得到了广泛的研究和开发，取得了重要的进展和突破，在许多领域都有各种应用。
首先，碳化硅陶瓷具有出色的耐高温性能。
它的熔点高达2700，在高温环境下能够保持稳定的性能，不易熔化和变形。
因此，碳化硅陶瓷被广泛应用于高温炉、导热材料、热交换器等领域，可以有效地提高设备的使用寿命和性能。
其次，碳化硅陶瓷还具有优异的硬度和抗磨性能。
它的硬度接近于金刚石，能够抵抗高速摩擦和磨损，因此被广泛应用于磨料、切割工具、轴承等领域。
此外，碳化硅陶瓷的抗腐蚀性能也很好，可以在恶劣的化学环境中长期使用。
碳化硅陶瓷还具有良好的导热性和绝缘性能。
它的导热系数较高，热膨胀系数较低，能够快速传导热量并保持稳定的形状和尺寸。
同时，碳化硅陶瓷是一种优秀的绝缘材料，能够有效地阻止电流的流动，广泛应用于电气绝缘和高压设备。
此外，碳化硅陶瓷还具有良好的化学稳定性和生物相容性。
它不易与其他物质发生反应，可以稳定地用于化学实验、医学器械等领域。
此外，碳化硅陶瓷还具有一定的生物相容性，可以广泛应用于生物医学材料、人工关节等领域。
最近，碳化硅陶瓷在能源领域的应用也引起了广泛关注。
碳化硅陶瓷可以作为太阳能电池的基底材料，可以提高太阳能电池的转化效率和稳定性。
此外，碳化硅陶瓷在电池材料、燃料电池等领域的应用也有很大的潜力。
总之，碳化硅陶瓷作为一种新型的陶瓷材料，具有出色的性能和广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，相信碳化硅陶瓷在各个领域的应用将会越来越广泛，为人们的生活和工作带来更多的便利和惊喜。
碳化硅陶瓷的性能与应用
碳化硅陶瓷的性能与应用李 缨1 黄凤萍2 梁振海1(1咸阳陶瓷研究设计院 陕西咸阳 712000) (2陕西科技大学化工学院 西安 710021)摘 要 详细的介绍了碳化硅原料的生产,碳化硅陶瓷的抗氧化、耐酸碱等化学性能,微观结构、色泽、热膨胀和导热系数、硬度、韧性等物理性能。
并阐述了3种常用碳化硅陶瓷的致密化技术以及碳化硅在耐火材料、军事、航空航天、钢铁、电气和电工等工业部门的应用以及优越的性能和未来的应用前景。
关键词 碳化硅 陶瓷 性能 应用 碳化硅是一种人造材料,只是在人工合成碳化硅之后,才证实陨石中及地壳上偶然存在碳化硅,碳化硅的分子式为SiC,分子量为40.07,质量百分组成为70. 045的硅与29.955的碳,碳化硅的密度为3.16～3.2g 。
由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能,近年来被广泛应用于航空航天、机械工业、电子等各个领域,市场前景广阔,因此,研究其性能与应用具有十分重要的意义。
1 碳化硅粉体的制备碳化硅粉体的制备方法较多,有最古老的阿奇逊合成法(Acheson),也有近十几年发展起来的激光法和有机前驱体法,以下介绍的是典型的Acheson碳化硅合成方法[1]。
该方法是采用碳热还原过程将SiO2与C反应生成SiC,反应式如下:SiO2+3C SiC+2C O二氧化硅原料的可选用熔融石英砂或破碎过的石英岩,碳可用石墨、石油焦或无灰无烟煤制取,加入NaCl和木屑作为添加剂,一般在2000～2400℃的电弧炉中反应合成。
整个反应炉由可移动的耐火砖组成,长10～20m,宽与高3～4m,可容纳400t石墨电极,放在两端,通电后产生高温。
由于反应过程中整个电弧炉很大,温度场的分布不均匀,中心温度远高于炉壁温度,因此造成在碳化硅的合成炉生成带中产物的不均匀,并常有不纯物质,核芯部位的产物是纯的绿色碳化硅,向外杂质较多,一般杂质为铁、铝、碳等,因此颜色呈黑色。
此方法生产的SiC再经分拣与粉碎后分级成不同粒径的颗粒。
碳化硅陶瓷行业介绍
一简介：碳化硅陶瓷是由碳化硅粉和有机粘合剂在添加剂的作用下烧结的一种陶瓷材料，是陶瓷材料中高温力学性能最好的，也是非氧化物陶瓷中抗氧化性最好的。
二性能：热导率大、高温强度大、耐磨损性能好、热膨胀系数小、高温抗氧化性强。
三分类：按照结构可以分为致密SiC陶瓷和多孔SiC陶瓷两大类。
多孔陶瓷因其特殊的性能，在冶金、化工、能源等多个领域都有广泛应用。
孔隙性质孔隙性质包括孔率、孔隙形貌、孔径及分布等力学性能多孔SiC陶瓷材料脆性大，通常使用弯曲强度或压缩力学性能强度表征其力学性能。
孔率及制备方式对多孔SiC陶瓷力学性能影响较大。
导热性能对于孔隙分布均匀的多孔陶瓷而言，随着孔率提高，其热导率逐步下降。
但由于不同工艺制备的多孔陶瓷材料的孔隙形貌存在较大差异，因此传热过程也就相应地多变而复杂。
四碳化硅陶瓷的生产制备流程：1成型技术：（A）模压成型就是在外加压力作用下，克服凝聚力、摩擦力，减少互作用力，破坏拱桥现象，提高粉律之间的结合密度，减少气孔率的过程。
根据陶瓷粉料中所含水分或溶剂的多少,又分干压和半干压两种。
（B）等静压成型是指在常温下对密封于塑性模具中的粉料各向同时施压的一种成型工艺技术。
（C）挤压成型是将可塑料用挤压机的螺旋或活塞挤压向前，通过机嘴成为所要求的各种形状。
2烧结技术：（A）常压烧结即在通常压力下加入一定烧结助剂来烧结SiC。
固相烧结SiC 常在SiC细粉中加入B和C来促进烧结。
液相烧结SiC则常加入一些在高温时能与SiC形成共熔相的稀土氧化物烧结助剂，从而烧结SiC。
优点：工艺操作简单，成本经济，主要应用在大量生产形状简单的陶瓷零件。
缺点：烧结助剂添加量通常较高，SiC陶瓷中会残留有较多烧结助剂，导致SiC制品的各项性能受到了较大影响。
（B）反应烧结SiC是在SiC粉伸中加入一定的碳，然后在高温下加入一定的气相或液相的Si,在高温下使Si与C反应生成SiC,生成的SiC把生坯中的SiC 结合起来，使SiC烧结致密。
碳化硅在军工方面的应用
碳化硅在军工方面的应用
碳化硅是一种非常硬的陶瓷材料，具有优异的热导性、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特点，因此在军工领域有广泛的应用。
1. 防护装备：碳化硅可以用于军用防护装备，例如防弹衣、头盔和护盾等。
由于其硬度高、耐冲击力强，可以有效地提供防弹和防刺能力。
2. 护甲材料：碳化硅也被广泛用作军用车辆护甲材料，包括坦克和装甲车。
由于其高硬度和耐冲击性能，可以提供优异的防护性能，抵御来自敌方的炮弹和爆炸冲击。
3. 弹头材料：碳化硅可以用于导弹和火箭弹的弹头材料。
它的高硬度和耐高温性能可以提供有效的穿透能力和毁伤能力，增强弹头的杀伤效果。
4. 高温环境应用：碳化硅的耐高温性能使其适用于军事航空领域的高温部件，如发动机喷嘴、尾焰抑制器和燃烧室等。
它可以承受高温气流和高压力环境，提供稳定的性能和可靠的工作。
5. 激光设备：碳化硅可以作为激光器材料，用于军事激光器系统。
由于其良好的热导性和热稳定性，可以有效地散发激光器产生的热量，避免器件过热。
总而言之，碳化硅在军工领域的应用主要集中在防护装备、护甲材料、弹头材料、高温环境应用以及激光设备等方面，利用
其硬度、耐高温和耐腐蚀等特点，提供军事装备和系统所需的优异性能和可靠性。
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碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用
摘要：通过可以作为防弹护甲的材料进行比较，一步步揭示出如今最符合现代化战争需要的高性能防弹护甲——碳化硅陶瓷防弹护甲，一一介绍出它相对于其他防弹护甲材料的优越性能，但由于该护甲也具有自身缺陷，所以通过理论上的知识来人为的改变其生产过程等方法来增强碳化硅防弹陶瓷的性能，使其成为现代化战争中真正的无敌护甲。
关键词：碳化硅陶瓷；防弹护甲；抗弹性能；应用
引言：由于国内外软质防弹衣只能防护低速的子弹，对于步枪等发射的高速子弹或者某些钢芯弹头，只能采用以软质防弹衣为基础，在重点部位加插硬质护板的方式来抵御。
目前硬质护板中只有陶瓷复合板符合现在重量、性能、价格方面符合大家的要求，其中的碳化硅陶瓷抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度高、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，受到了各国军事专家的亲睐，并被广泛应用，但是其韧性低这一致命缺点亟待解决，不过在理论上是可以通过控制烧结过程、通过陶瓷纤维编制来弥补这个弱点。
从而使碳化硅防弹陶瓷成为最理想的防弹护甲。
2.1碳化硅的硬度和韧性
SiC的硬度相当高，莫氏刻痕硬度为9.2，克氏显微硬度为2200~2800kg/mm2(负荷100g)。
所给范围之所以如此大，这是因为SiC晶体的硬度与其晶轴方向有关。
SiC的热态硬度虽然随着温度的升高而下降， SiC的抗压强度为224MPa，SiC的抗弯强度为15.5MPa。
SiC颗粒的韧性，通常是用—定数量某种粒度SiC颗粒在定型模子中，施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素的影响。
2.2 SiC的热学性质
SiC是在高温下合成的，其制品也多是在高温下制备或者在高温下使用。
如果只作较粗略计算时，碳化硅的平均热膨胀系数在25~1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。
SiC的热膨胀系数测定结果表明：其量值与其他磨料及高温材料相比要小得多，如刚玉的热膨胀系数可高达(7~8)×10-6/℃。
SiC的导热系数很高，这是SiC物理性能方面的另一个重要特点。
它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多，约为刚玉导热系数的4倍。
所以，SiC所具有的低热膨胀系数和高导热系数，使其制品在加热及冷却过程中受到的热应力较小，这就是SiC 陶瓷抗热震性特别好的原因。
3. 改变碳化硅防弹陶瓷的理论方法
3.1增强其抗弯强度，在生产环节方面，如今的烧结方法有热压碳化硅、常压烧结碳化硅、反应烧结碳化硅。
我们应该采用热压烧结碳化硅方法，因为其烧结出来的碳化硅陶瓷抗弯强
度是三种方法最高的，而且断裂韧性也是最高的，弹性模量最低。
并且在热压烧结时在SiC 中添加AIN，因为通过这种方法材料的抗弯强度会达到1100MPa。
3.2增强陶瓷的韧性，通过晶须增加陶瓷复合材料的韧性，该方法的机理一般有4种形式：裂纹偏转效应、微裂纹效应、晶须拔出效应、裂纹桥联效应和晶须的加入引起基体相变增韧。
裂纹偏转增韧是裂纹非平面断裂效应的一种增韧方式。
裂纹扩展到达晶须时，被迫沿晶须偏转，这意味着裂纹的前行路径更长，裂纹尖端的应力强度减少，裂纹偏转的角度越大，能量释放率就越低，断裂韧性就提高。
微裂纹增韧就是在微裂纹尖端的应力场和残余应力作用下，晶须形成微裂纹源，而在裂纹前方形成散步的（不联通的）微裂纹区。
拔出效应是指当裂纹扩展遇到高强度晶须时，在裂纹尖端附近晶须与晶面上存在较大的剪切应力，该应力极易造成晶须与晶界的分裂，晶须可以从基体中拔出，因界面摩擦而消耗外界载荷的能量而达到增韧的目的。
同时晶须从基体中拔出会产生微裂纹来吸收更多的能量。
【2】
3.3根据现在的研究，弹丸以高速撞击陶瓷复合装甲时，在撞击面形成一个断裂锥体，并向陶瓷和背板之间的界面扩展（图1）。
在撞击刚过之后，在与陶瓷撞击面相对的背面轴线上形成裂纹，我们可以利用Griffith微裂纹理论，微裂纹化源于增强体与基体的热膨胀系数或模量不匹配。
温度变化时就会产生局部应力，同时引起体积变化，所以可以将护板置于温度突变的环境中通过温度变化来增加材料的微小裂纹的数量，并通过子弹与护板相撞导致微裂纹的扩展来消耗子弹与护板相撞击产生的能量以及子弹的动能。
由于碳化硅纤维的抗张强度达到3GPa抗张模量达到220GPa,所以我们可以根据纤维自身细长的物理性质将纤维进行编织，编织呈致密的碳化硅陶瓷纤维板，然后将多层纤维板进行层层重叠成多层护板，利用编织空隙充当微裂纹，从而减少对护板的破坏程度更好地提高护甲性能。
结论：如今为在现代化战争中取得胜利各国对于作战武器的杀伤性能做了很高程度的提升，防御方面必须也要突破常规进行改革来进行防护，矛变强了盾必须要跟得上。
经过实践的检验普通的金属装甲既笨重且性能也满足不了防护要求，所以必须依靠新型非金属材料，作为无机材料中最能符合要求的碳化硅陶瓷材料理应发挥其自身高强度，高耐磨，抗热震并
且防辐射等优势在现代化护甲中大显身手。
通过微观增加其韧性、强度，宏观改变其组合方式制成制品等方式将其自身优势发挥到极致，然后装配到大到坦克、飞机的装甲，小到士兵、警察的个体防弹衣的插板，并且这样的护甲相对于如今的装甲重量轻，更好地提高了作战单位的机动性能。
俗话说兵贵神速，装备上这样的护甲定会成为战场上的一大亮点。
通过陶瓷代替现在通用的钢板护甲，可以减少很多能源损耗，而且生产陶瓷所造成的生产废气废料量比生产钢板的少的多，在节能减排方面定会得到各国的亲睐。
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