比氧化铝陶瓷硬度提高了8-16%;强度提高了47-72%;断裂韧性提高了100-150%。价格较低,性能较高,易于规模化生产。
我公司采用新的发明专利技术研制了氧化锆增韧氧化铝ZTA陶瓷造粒粉,其成瓷性能指标如表1所示。
表1 ZTA陶瓷造粒粉成瓷指标
性能 | 烧结温度 | 成瓷密度 | 抗弯强度 | 断裂韧性 | 维氏硬度 |
单位 | ℃ | g/cm3 | MPa | Mpa.m1/2 | Gpa |
指标 | 1580-1600 | 4.1-4.2 | 515 | 5.00 | 15.60 |
陶瓷防弹性能主要由其抗弯强度、断裂韧性、弹性模量、硬度和密度等几个指标所决定。目前,氧化铝陶瓷因为价格低廉而得到了最大量使用。但其性能指标较低。而 其他陶瓷材料不是制作困难就是价格昂贵,难于得到大规模的应用。能不能找到价格不太高,性能有较大程度提高的材料,以满足新的性能提高的需求呢?
我公司2002年和清华大学合作研制了低温成瓷95氧化铝陶瓷防弹造粒粉材料,多年来一直供清华紫光方大作防弹陶瓷。后我公司99氧化铝陶瓷造粒粉又成为国内数家防弹陶瓷主要生产厂家的首选材料。综合几家氧化铝防弹陶瓷的性能指标如表2所示。
表2 AL2O3陶瓷造粒粉成瓷指标
性能 | 弹性模量 | 成瓷密度 | 抗弯强度 | 断裂韧性 | 维氏硬度 | |||
单位 | Gpa | g/cm3 | MPa | Mpa.m1/2 | Gpa | |||
指标 | 95瓷 | 300-310 | 3.73-3.76 | 300-350 | 2-2.5 | 13.50 | ||
99瓷 | 300-310 | 3.80-3.90 | 320-340 | 2-2.5 | 14.50 | |||
表1、表2对比,成瓷密度ZTA比现在用的较多的99瓷略高一点;维氏硬度提高了8-16%;抗弯强度提高了47-72%;断裂韧性提高了100-150%。性能指标的提高非常显著。
就材料价格而言,ZTA粉料的价格约为氧化铝粉料的3倍左右,和其他几种复合陶瓷材料相比是价格最低的。就其性价比而言是最高的。本公司ZTA陶瓷材料的烧结同普通氧化铝陶瓷的烧结一样简单,只要温度合适,可以与氧化铝陶瓷同炉烧成。
鉴于以上分析,在防弹陶瓷极需提高性能的大趋势下,价格较低,性能较高,易于规模化生产的ZTA陶瓷有可能成为继氧化铝陶瓷之后的又一主流材料。
为进一步研究探讨验证改进ZTA陶瓷的防弹性能,本公司寻求有科研能力、或有生产能力、有需求的单位和个人作为合作伙伴。有意者请与我们联系。
10000倍ZTA陶瓷表面电镜照片(国家建筑材料检验中心),可见瓷晶平均在3μm左右,最大不大于5μm;并且第二相氧化锆颗粒均匀分布镶嵌于主晶相氧化铝晶粒之间。陶瓷结构的均匀性,保证了陶瓷的高性能。
5000倍ZTA陶瓷断面电镜照片(国家建筑材料检验中心),可见瓷晶平均在3μm左右,最大不大于5μm;断面呈蜂窝状,断裂路径曲折,提高了陶瓷抗弯强度和断裂韧性。陶瓷的细晶化,是陶瓷高性能的决定因素。