无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计.doc

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
3
四主要设备及其工作原理、结构和前景 5
5
、结构和前景 5
五实验过程 16
16
16
17
加工 17
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。。
配方计算
烧结
干燥
成型
混合
配料
性能检测

三原料准备

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,。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。
配料表
配料名称
用量
碳化硅

碳化硼
4g
酚醛树脂
24g
油酸
4ml
乙醇
140ml
水
260ml
Dararn
1ml
HT

聚氨酯球
800g

(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。℃,沸点286℃(100毫米***柱),(20/4℃),,易溶于乙醇、***、***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***的哈喇味,这是油脂变质的原因。商品油酸中,一般含