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一種裝甲材料的制作方法

文檔序號:11146594閱讀:832來源:國知局
一種裝甲材料的制造方法與工藝

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料,具體講涉及一種裝甲材料。



背景技術(shù):

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的二維納米材料,呈單層片狀結(jié)構(gòu)(厚度僅為幾個納米)。由于其獨特的二維蜂窩晶體結(jié)構(gòu)和極高的鍵強(qiáng)度,石墨烯是目前已知的世界上比強(qiáng)度最高、最堅硬的納米材料,其斷裂強(qiáng)度高達(dá)130GPa。因此,利用石墨烯的高強(qiáng)度,將其與金屬材料復(fù)合,制備成石墨烯/金屬復(fù)合材料,是一種新型的高強(qiáng)高韌金屬基復(fù)合材料。

目前石墨烯與金屬復(fù)合材料的制備方法主要有兩種:熔融鑄造法和粉末冶金法。例如,采用熔融鑄造法制備石墨烯/高溫合金復(fù)合材料時,由于石墨烯與高溫合金二者密度差異大,石墨烯很難在高溫合金液內(nèi)部均勻分散,此外,二者在材料制備過程中很可能發(fā)生高溫界面反應(yīng),降低材料性能,因此石墨烯/高溫合金復(fù)合材料較少采用熔融鑄造法來制備。采用粉末冶金法制備石墨烯/高溫合金復(fù)合材料時,首先需要獲得石墨烯和高溫合金均勻混合的粉體,然后通過后續(xù)的壓力加工來制備石墨烯/高溫合金復(fù)合塊體材料,最大限度地抑制傳統(tǒng)熔融鑄造法帶來的高溫界面反應(yīng)。因此,石墨烯/高溫合金復(fù)合材料一般采用粉末冶金法來制備。

目前,輕型裝甲車一直采用鋼制防彈裝甲,武裝直升飛機(jī)采用鈦合金防彈裝甲。但是未來戰(zhàn)爭對陸軍的遠(yuǎn)程投送能力、武裝直升飛機(jī)的有效載荷能力都提出越來越高的要求,這就對裝備重量提出了嚴(yán)苛要求,使得以前使用的鋼制裝甲和鈦合金裝甲已不能滿足未來武器裝備發(fā)展的需要。因此需要提供一種密度低,成本低,易批量生產(chǎn)的復(fù)合裝甲材料。

對于金屬基復(fù)合材料來說,增強(qiáng)相在金屬基體中的分布是否均勻、增強(qiáng)相是否發(fā)生團(tuán)聚、界面結(jié)合是否緊密,直接決定著復(fù)合材料性能的優(yōu)劣。因此,石墨烯在金屬基體中的均勻分散如何實現(xiàn),是制備石墨烯/金屬復(fù)合材料需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。尤其是采用粉末冶金法制備石墨烯/金屬復(fù)合材料時,如何獲得石墨烯在金屬粉體中均勻分散的混合粉體,是制備高品質(zhì)石墨烯/金屬復(fù)合材料的前提和基礎(chǔ)。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足,本發(fā)明提供了一種石墨烯與金屬粉體混合的新方法,可實現(xiàn)石墨烯與金屬粉體的均勻混合。

本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:

一種裝甲材料,其制備方法包括如下步驟:

(1)稱取石墨烯和-200+400目的高溫合金粉末;

(2)所述石墨烯在酒精溶液中超聲分散0.5~1.0h,得到石墨烯/酒精混合溶液;

(3)將高溫合金粉末分批加入所述石墨烯/酒精混合溶液中,轉(zhuǎn)速100~500r/min,溫度40~60℃下,混合1~2h,得到半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體;

(4)50~60℃下,干燥所述半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體2~3h;

(5)碾壓步驟(4)得到的石墨烯/高溫合金混合粉得到無板結(jié)團(tuán)聚的混合粉末;

所述高溫合金按質(zhì)量份數(shù)計含下述組份:C:40~60份,Si:15~25份,Mn:2~10份,N:1~5份,S:1~3份,P:1~3份,Cu:10~16份,F(xiàn)e:20~35份。

一種裝甲材料的第一優(yōu)選方案,C:40份,Si:15份,Mn:2份,N:1份,S:1份,P:1份,Cu:10份,F(xiàn)e:20份。

一種裝甲材料的第二優(yōu)選方案,C:60份,Si:25份,Mn:10份,N:5份,S:3份,P:3份,Cu:16份,F(xiàn)e:35份。

一種裝甲材料的第三優(yōu)選方案,C:50份,Si:20份,Mn:8份,N:3份,S:2份,P:2份,Cu:13份,F(xiàn)e:28份。

一種裝甲材料的第四優(yōu)選方案,步驟(1)中,石墨烯占所述復(fù)合裝甲材料總質(zhì)量的0.5~1.0%。

一種裝甲材料的第五優(yōu)選方案,步驟(2)中,超聲分散采用超聲細(xì)胞粉碎儀;10層以下的石墨烯占60-70%。

一種裝甲材料的第六優(yōu)選方案,步驟(3)中,分批加入的速度是100~150g/10min。

一種裝甲材料的第七優(yōu)選方案,步驟(4)中,干燥用酒精冷凝回收裝置。

一種裝甲材料的第八優(yōu)選方案,步驟(5)中,碾壓時間為2~3h。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比,本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果:

(1)本發(fā)明提供的制備方法,石墨烯在金屬粉體中的均勻分散性良好。

(2)本發(fā)明提供的方法制備過程簡單,工藝可調(diào)可控。材料制備成本較低,適合工業(yè)化生產(chǎn),市場前景良好。

附圖說明

圖1為高溫合金粉體的電鏡圖;

圖2為石墨烯與高溫合金粉體均勻混合的電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明,對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1:

(1)對高溫合金粉(-200+400目)和石墨烯(石墨烯占石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料總質(zhì)量的0.5%)分別進(jìn)行取料,稱重;

(2)將石墨烯置于燒杯中,倒入酒精后在超聲細(xì)胞粉碎儀中進(jìn)行超聲分散0.5h;

(3)將高溫合金粉末分批(100g/10min)加入到超聲分散好的石墨烯/酒精溶液中,在轉(zhuǎn)速100r/min,加熱溫度40℃的控溫電動攪拌器中混合1h,獲得半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體;

(4)將半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體置于酒精冷凝回收裝置中進(jìn)行烘干,直至粉體中的酒精完全被冷凝回收,得到干燥的石墨烯/高溫合金混合粉體。烘干溫度50℃,烘干時間2h;

(5)將干燥后的石墨烯/高溫合金混合粉末用專用工裝碾壓2h得到無板結(jié)團(tuán)聚的混合粉末。

高溫合金按質(zhì)量份數(shù)計含下述組份:C:40份,Si:15份,Mn:2份,N:1份,S:1份,P:1份,Cu:10份,F(xiàn)e:20份。

實施例2:

(1)對高溫合金粉(-200+400目)和石墨烯(石墨烯占石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料總質(zhì)量的1%)分別進(jìn)行取料,稱重;

(2)將石墨烯置于燒杯中,倒入酒精后在超聲細(xì)胞粉碎儀中進(jìn)行超聲分散1h;

(3)將高溫合金粉末分批(150g/10min)加入到超聲分散好的石墨烯/酒精溶液中,在轉(zhuǎn)速500r/min,加熱溫度60℃的控溫電動攪拌器中混合2h,獲得半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體;

(4)將半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體置于酒精冷凝回收裝置中進(jìn)行烘干,直至粉體中的酒精完全被冷凝回收,得到干燥的石墨烯/高溫合金混合粉體。烘干溫度60℃,烘干時間3h;

(5)將干燥后的石墨烯/高溫合金混合粉末用專用工裝碾壓3h得到無板結(jié)團(tuán)聚的混合粉末。

高溫合金按質(zhì)量份數(shù)計含下述組份:C:60份,Si:25份,Mn:10份,N:5份,S:3份,P:3份,Cu:16份,F(xiàn)e:35份。

實施例3:

(1)對高溫合金粉(-200+400目)和石墨烯(石墨烯占石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料總質(zhì)量的0.8%)分別進(jìn)行取料,稱重;

(2)將石墨烯置于燒杯中,倒入酒精后在超聲細(xì)胞粉碎儀中進(jìn)行超聲分散1h;

(3)將高溫合金粉末分批(120g/10min)加入到超聲分散好的石墨烯/酒精溶液中,在轉(zhuǎn)速300r/min,加熱溫度50℃的控溫電動攪拌器中混合1.5h,獲得半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體;

(4)將半固態(tài)糊狀的石墨烯/高溫合金混合粉體置于酒精冷凝回收裝置中進(jìn)行烘干,直至粉體中的酒精完全被冷凝回收,得到干燥的石墨烯/高溫合金混合粉體。烘干溫度550℃,烘干時間2.5h;

(5)將干燥后的石墨烯/高溫合金混合粉末用專用工裝碾壓2.5h得到無板結(jié)團(tuán)聚的混合粉末。

高溫合金按質(zhì)量份數(shù)計含下述組份:C:50份,Si:20份,Mn:8份,N:3份,S:2份,P:2份,Cu:13份,F(xiàn)e:28份。

上述實施例中,10層以下的石墨烯占總體的60-70%。

從圖1結(jié)合圖2可以看出,本發(fā)明提供的技術(shù)方案,使用超聲分散法分散石墨烯,利用酒精為超聲分散介質(zhì),通過混合、干燥和碾壓等簡單工藝操作,制得無板結(jié)團(tuán)聚的石墨烯/高溫合金混合粉末,石墨烯在金屬粉體中的均勻分散性良好。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,參照上述實施例可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者等同替換,這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。

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