一種裝甲材料的制作方法

本發(fā)明涉及一種復合材料，具體講涉及一種裝甲材料。

背景技術：

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

目前石墨烯與金屬復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，降低材料性能，因此石墨烯/高溫合金復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。因此，石墨烯/高溫合金復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，武裝直升飛機采用鈦合金防彈裝甲。但是未來戰(zhàn)爭對陸軍的遠程投送能力、武裝直升飛機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，易批量生產的復合裝甲材料。

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

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述不足，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方案實現的：

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團聚的混合粉末；

所述高溫合金按質量份數計含下述組份：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，Fe：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，Fe：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，Fe：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，Fe：28份。

一種裝甲材料的第四優(yōu)選方案，步驟(1)中，石墨烯占所述復合裝甲材料總質量的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。

和最接近的現有技術比，本發(fā)明提供的技術方案具有以下優(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，工藝可調可控。材料制備成本較低，適合工業(yè)化生產，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

下面結合具體實施例作進一步詳細說明，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有做出創(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/高溫合金復合裝甲材料總質量的0.5％)分別進行取料，稱重；

(2)將石墨烯置于燒杯中，倒入酒精后在超聲細胞粉碎儀中進行超聲分散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得到無板結團聚的混合粉末。

高溫合金按質量份數計含下述組份：C：40份，Si：15份，Mn：2份，N：1份，S：1份，P：1份，Cu：10份，Fe：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/高溫合金復合裝甲材料總質量的1％)分別進行取料，稱重；

(2)將石墨烯置于燒杯中，倒入酒精后在超聲細胞粉碎儀中進行超聲分散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得到無板結團聚的混合粉末。

高溫合金按質量份數計含下述組份：C：60份，Si：25份，Mn：10份，N：5份，S：3份，P：3份，Cu：16份，Fe：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/高溫合金復合裝甲材料總質量的0.8％)分別進行取料，稱重；

(2)將石墨烯置于燒杯中，倒入酒精后在超聲細胞粉碎儀中進行超聲分散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得到無板結團聚的混合粉末。

高溫合金按質量份數計含下述組份：C：50份，Si：20份，Mn：8份，N：3份，S：2份，P：2份，Cu：13份，Fe：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結合圖2可以看出，本發(fā)明提供的技術方案，使用超聲分散法分散石墨烯，利用酒精為超聲分散介質，通過混合、干燥和碾壓等簡單工藝操作，制得無板結團聚的石墨烯/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。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員應當理解，參照上述實施例可以對本發(fā)明的具體實施方式進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，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。