碳化硅防弹陶瓷的性能及核心生产工艺

碳化硅防弹陶瓷
 

        常见的防弹衣防弹层通常采用聚乙烯板和陶瓷插板复合，其中陶瓷插板主要有小块陶瓷防弹片拼接和整块防弹板两种。目前，已应用的防弹陶瓷有氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氮化硅、硼化钛等。其中，碳化硅陶瓷是近年来国内外应用研究较多的防弹材料。
 

        碳化硅由Si-C四面体堆积而成，有α和β两种晶型，在烧结温度低于1600℃时，SiC以β-SiC形式存在，当烧结温度高于1600℃时，β-SiC缓慢转变成α-SiC。α碳化硅共价键极强，在高温下仍具有高强度的键合，这种结构特点赋予了碳化硅陶瓷优异的强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、高热导率、良好的抗热震性等性能，同时碳化硅陶瓷价格适中，性价比高，被认为是有发展潜力的高性能防弹材料。
 

 

        常见的碳化硅陶瓷成型方法有模压成型、注浆成型、冷等静压成型、凝胶注模成型等。

        1. 模压成型：模压成型是目前碳化硅防弹片常用的成型方法，其工艺简单、操作方便、生产效率高，有利于连续生产；

        2. 注浆成型：注浆成型适应性强，能够得到各种形状、结构的坏体，在制备碳化硅陶瓷异形件时优势明显；

        3. 冷等静压成型：冷等静压成型得到的坯体受力均匀、密度分布均一，产品性能有很大提高，适用于高性能碳化硅陶瓷生产；

        4. 凝胶注模成型：凝胶注模成型技术是一种新型近净尺寸成型方法。坯体结构均匀，强度较高，可对坏体进行各种机械加工，减少烧结后加工费用，适用于结构复杂的碳化硅陶瓷；
 

 

        除了成型，烧结也是碳化硅陶瓷生产的核心工艺。目前，碳化硅陶瓷的烧结工艺包括反应烧结、热压烧结、热等静压烧结及无压烧结等。

        1. 反应烧结：反应烧结是一种近净尺寸制造技术，其工艺简单，成本较低，可以在1450~1600℃的较低温度与较短的时间内通过渗硅反应实现碳化硅的烧结，可以制备大尺寸、形状复杂的部件。但是，由于渗硅反应烧结固有的缺陷，使得碳化硅中不可避免存在8%~12%的游离硅从而降低材料的高温力学性能、耐腐蚀性及抗氧化性能，使用温度也受到限制，通常不能超过1350℃。

        2. 热压烧结：热压烧结是将干燥的碳化硅粉料充填入模型内，从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。由于加热加压同时进行，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，能降低烧结温度，缩短烧结时间，得到晶粒细小、相对密度高和力学性能良好的碳化硅陶瓷产品。热压烧结的缺点是工艺较复杂，对模具材料和设备要求高，生产效率较低，生产成本高，而且只能制备形状较为简单的产品。

        3. 热等静压烧结：热等静压烧结是指通过高温和各向均衡的高压气体的共同作用，使碳化硅陶瓷粉末、坯体或预烧体达到烧结致密化的工艺方法。热等静压烧结能够提升碳化硅陶瓷性能提升，但因工艺复杂成本较高，并未大规模投产。

        4. 无压烧结：无压烧结碳化硅陶瓷高温性能优异、烧结工艺简单成本较低，适用的成形方法较多，可用于形状复杂和厚大零件，也适合大批量工业化生产，已成为制备碳化硅陶瓷的重要方法。
 

多曲面碳化硅防弹板
 

        精城特瓷拥有完备的成型烧结设备以及成熟的碳化硅陶瓷无压烧结技术，生产出碳化硅陶瓷防弹片性能优异，品质稳定，投入市场以来反响良好。