一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法与装置与流程

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法与装置。

背景技术：

近年来，碳化硼陶瓷以其优秀的理化性能，已经成为装甲防护家族中的佼佼者，现阶段对碳化硼陶瓷的研究多局限于成分的设计，即通过加入少量的增强相，来克服碳化硼本身烧结致密性不强以及韧性较差的缺点，而对于碳化硼陶瓷的结构设计却少之又少，这多归因于材料的性能矛盾性。

以防弹插板为例，多曲迎弹面靠破碎来吸收初始动能，因此要求曲面的硬度、强度足够高；而背弹面则更希望其具备较高的韧性，可以分担后续pe板处理剩余动能的压力，从而减少背凸，提升陶瓷整体的防护能力。但是，上述功能不能仅依靠单一的成分组成以及烧结制度来实现。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种碳化硼基复相陶瓷及其制备方法与装置。

作为本发明的第一目的，提供一种碳化硼基复相陶瓷；所述碳化硼基复相陶瓷具有梯度功能。

具体而言，所述碳化硼基复相陶瓷包括依次层叠设置的加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层；上述三层结构具备不同功能，从而实现陶瓷的梯度功能；

其中，所述加强增硬层包括加强增硬粉料，以所述加强增硬粉料的总质量计，所述加强增硬粉料包括如下质量百分含量的组分：

所述中硬中韧缓冲层包括中硬中韧缓冲粉料，以所述中硬中韧缓冲粉料的总质量计，所述中硬中韧缓冲粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体85～95wt％

sic5～10wt％

al2o3粉体2～5wt％；

所述加强增韧层包括加强增韧粉料，以所述加强增韧粉料的总质量计，所述加强增韧粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体85～95wt％

ceo2粉体3～7wt％

al2o3粉体2～5wt％。

本发明发现，通过将碳化硼基复相陶瓷设置为三层结构，并针对每一层结构的成分进行调控，可实现碳化硼基复相陶瓷硬度和韧性的兼顾。具体地，加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层均以碳化硼粉体为主体，同时分别添加特定的烧结二相，并通过控制添加量，使碳化硼基复相陶瓷即具备良好的硬度，又具备良好的韧性。如此，使得单体材料同时兼顾多种优异性能成为可能。

进一步地，上述加强增硬粉料在后续的烧结过程中，能够与有机物中残碳原位合成高硬度ti3alc2(约40.9gpa左右)，然而ti3alc2的相对密度较轻使其不能均匀分布在基体中；本发明发现，纯ni粉可以帮助弥散相对密度较轻的ti3alc2，从而使其均匀分布于碳化硼基体中。

上述中硬中韧缓冲粉料中，碳化硼粉体在后续的烧结过程中易出现扩散的现象，且烧结温度较高；本发明发现，sic和al2o3粉体的混入可以有效改善碳化硼粉体的烧结扩散现象，并降低了烧结温度。

上述加强增韧粉料中，碳化硼粉体与ceo2粉体、al2o3粉体原位生成低熔点中间相ceb6，从而改善基体韧性，且富铝中间产物al3bc的生成沿着b4c的颗粒边缘生长，抑制了晶粒的长大，从而提升晶粒的细化程度。

为了进一步同时提升碳化硼基复相陶瓷的硬度和韧性，本发明针对粉料中的各组分进行了探究，并发现：当所述碳化硼粉体的d50≤0.5μm；所述ti02粉体的d50≤1μm；所述sic的d50≤0.5μm；al2o3粉体的d50≤1μm；所述ceo2粉体的d50≤0.5μm时，更有利于碳化硼基复相陶瓷的热应力缓慢释放。

作为优选，所述加强增硬层、所述中硬中韧缓冲层和所述加强增韧层均还包括光敏树脂体系、光引发剂和分散剂；

其中，所述光敏树脂体系包括光敏预聚体和稀释单体；所述光敏预聚体选自丙烯酸酯化环氧树脂、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的一种或几种；所述稀释单体选自丙烯酸丁酯(ba)、新戊二醇二丙烯酸酯(npgda)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(eoeoea)中一种或几种；所述稀释单体与所述光敏预聚体的质量比为1.5～3：1；

所述光引发剂为安息香和/或苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(819)；所述光引发剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的3～5％；

所述分散剂为聚羧酸铵盐；所述分散剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的0.1～0.5％；

进一步地，所述光敏预聚体分别与所述加强增硬粉料、所述中硬中韧缓冲粉料、所述加强增韧粉料的质量比均为1：2～3.5。

本发明中，采用紫外线固化测试对上述光敏树脂体系的性能进行测试，在固定时间内，已成型效果良好，且固化后弯折180°不出现裂纹。

作为优选，所述碳化硼基复相陶瓷的厚度为5.5～9.5mm；优选为5.5mm或9.5mm。

如此，本发明通过对碳化硼基复相陶瓷的分子层面的梯度设计，使得单一陶瓷难以望其项背的多种优异性能集于一身，在最大化发挥碳化硼“三高一低”的优秀性能之外，还可促使碳化硼基复相陶瓷的应用领域得以拓展。

同时，本发明在分子结构设计上对碳化硼基复相陶瓷进行改性，使得其在防弹防护方面发挥最大优势。

作为本发明的第二目的，提供上述碳化硼基复相陶瓷的制备方法，包括制备浆料、成型和后处理的步骤；

其中，所述制备浆料为：采用机械搅拌方式将光敏预聚体的粘度控制在6000～8000cps，向其中加入稀释单体，持续搅拌至粘度为5～15pa.s，得光敏树脂体系；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增硬粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为12000～15000cps，得到加强增硬浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入中硬中韧缓冲粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为12000～15000cps，得到中硬中韧缓冲浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增韧粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为12000～15000cps，得到加强增韧浆料。

以上粘度测试均选用旋转流变仪测试不同剪切速度下的粘度，转速设置15～60r/min。

本发明发现，在制备浆料的过程中，通过控制粘度可使得浆料的性能最佳，为后续的成型及后处理步骤提供了保障。

作为优选，所述成型为：将所述加强增硬浆料、所述中硬中韧缓冲浆料、所述加强增韧浆料依次逐层涂覆，光固化成型，得到固化件；

在所述涂覆的过程中，各浆料的挤出高度为0.4～2.4mm，挤出步数为15～70steps/mm，移动速度为15～70mm/min；

所述光固化成型中，固化光源为紫外线光源发生器；优选以150～200w的灯泡来补偿光的消耗。

本发明中，直接以紫外线光源发生器作为固化光源，虽一定程度上有利于固化成型，但固化速度较慢，也就是说，固化速度跟不上涂覆速度。本发明发现，若以150～200w的灯泡来补偿光的消耗可以弥补上述缺陷；即实现了边涂覆边固化。

在具体地实施方式中，当所述碳化硼基复相陶瓷的厚度为5.5mm时，将所述加强增硬浆料、所述中硬中韧缓冲浆料、所述加强增韧浆料依次逐层涂覆至加强增硬层的厚度为8～12mm、中硬中韧缓冲层的厚度2～4mm、加强增韧层的厚度为5～8mm，再进行后续的光固化成型；当所述碳化硼基复相陶瓷的厚度为9.5mm时，将所述加强增硬浆料、所述中硬中韧缓冲浆料、所述加强增韧浆料依次逐层涂覆至加强增硬层的厚度为18～22mm、中硬中韧缓冲层的厚度5～6mm、加强增韧层的厚度为14～17mm，再进行后续的光固化成型。

需要特别说明的是，本发明的成型步骤需在阴暗、通风条件下进行。

为了获得固化强度更高的固化件，作为优选，所述固化成型持续2～4h，直至所述固化件固化完全。

作为优选，所述后处理为：将所述固化件依次经过冷等静压、去支撑化处理和热等静压；

其中，所述冷等静压为：在室温条件下，以1～10mpa/min的升压速率将压力升至180～200mpa，保压30～60min后，以5～20mpa/min的降压速率泄压；

所述去支撑化处理为：将经冷等静压处理后的固化件匀速浸入5～20％的丙酮溶液中，每次5～10s，重复20～30次后，在80～100℃下烘干8～12h；再将烘干后的固化件加热至400～800℃预排胶8～24h后，在真空度不低于1.0*10^-1pa、600～800℃下，保温60～240min，继续升温至1900～2000℃，保温40～100min；

所述热等静压为：将经过去支撑化处理的固化件继续升温至1950～2100℃，升温速率为5～10℃/min，在150～190mpa下，保温保压30～60min。

本发明中，上述烧结制度使得碳化硼基复相陶瓷进一步致密化；特别注意的是，3梯度的二相添加的烧结温度不宜相差过大，需在较窄温度范围内形成液相，以便不同层级的陶瓷的液相弥散更加充分且晶粒不至于过分长大。此外，上述后处理的步骤有利于固化件排胶，且有机物中的残碳也是碳化硼基复相陶瓷增韧的良好助剂，适量的灰分使得碳化硼基复相陶瓷的致密度进一步提高，烧结温度进一步降低。

作为优选，所述加强增硬粉料、所述中硬中韧缓冲粉料和所述加强增韧粉料预先经过球磨处理；所述球磨以30～60r/min的转速进行10～24h；

进一步地，所述球磨的介质为氧化锆球或氧化铝球，球料比为2～4：1。

如此，本发明通过调节组分(以低灰分的光敏树脂体系和光引发剂为载体)，以及后续制浆、成型和后处理的步骤(采用三次排胶技术，加强脱脂排胶过程，控制烧结体中的碳质含量)，获得了梯度功能的碳化硼基复相陶瓷，实现了材料异性的兼容，达到材料功能的最大化；同时实现简单空间线性分布，以满足各种工况的需求。

本发明制备碳化硼基复相陶瓷得方法，免去了冷压工序，减少冷压模具的设计成本，操作简单，有利于工业化生产。

作为本发明的第三目的，提供一种3d打印装置；该3d打印装置可用于制备上述碳化硼基复相陶瓷。

具体而言，所述3d打印装置包括：

挤出单元，所述挤出单元包括第一浆料桶、第二浆料桶和第三浆料桶；所述第一浆料桶、所述第二浆料桶和所述第三浆料桶分别用于挤出加强增硬浆料、中硬中韧缓冲浆料和加强增韧浆料；

固化单元，所述固化单元包括紫外线光源发生器、第一发光装置、第二发光装置和第三发光装置；所述紫外线光源发生器分别与所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述第三发光装置连接设置；所述第一发光装置、所述第二发光装置和所述第三发光装置分别用于固化所述第一浆料桶、所述第二浆料桶和所述第三浆料桶的挤出物。

本发明通过设置上述挤出单元和固化单元实现了边给料边成型、快速制得具有三层结构的碳化硼基复相陶瓷。

作为优选，所述3d打印装置还包括：

打印平台，所述打印平台用于保持打印平面保持在最高点；

气泵控制器，所述气泵控制器分别与所述第一浆料桶、所述第二浆料桶、所述第三浆料桶连接设置，用于控制三个浆料桶的挤出速率；

气泵，所述气泵与所述气泵控制器连接设置。

作为优选，所述3d打印装置还包括：中控平台，所述中控平台分别与所述挤出单元、所述打印平台连接，并控制所述挤出单元、所述打印平台的动作。

本发明通过对3d打印装置的优化，避免了其它支撑结构的引入，使得固化件能够一次成型。

在具体的实施方式中，可将需求多曲面板材形状利用3dmax软件作图后，对路径的编程及优化以后进行3d打印操作；同时，通过中控平台控制给予x/y/z三向调节，z向运动由打印平台提供，打印平台下方设有同心轴，利用超半周位置调节使得打印平面一直保持在最高点。

本发明的3d打印装置基于光固化成型技术(sla)，近终成型、个性化强，通过三个浆料桶来实现三梯度给料，从而制得具有三层结构的碳化硼基复相陶瓷。

将该3d打印装置用于制备碳化硼基复相陶瓷，使梯度设计更为便捷，大幅度减少了设计研发周期，为梯度材料与单一材料的对比提供了较有指导意义的数据，从而加快梯度材料的应用与推广。

附图说明

图1为本发明3d打印装置的示意图；

图中：1、第一浆料桶；2、第一发光装置；3、第二浆料桶；4、第二发光装置；5、第三浆料桶；6、第三发光装置；7、打印平台；8、气泵控制器；9、气泵；10、紫外线光源发生器；11、中控平台。

图2为本发明碳化硼基复相陶瓷的示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种3d打印装置，如图1所示，包括：

挤出单元，所述挤出单元包括第一浆料桶1、第二浆料桶3和第三浆料桶5；所述第一浆料桶1、所述第二浆料桶3和所述第三浆料桶5分别用于挤出加强增硬浆料、中硬中韧缓冲浆料和加强增韧浆料；

固化单元，所述固化单元包括紫外线光源发生器10、第一发光装置2、第二发光装置4和第三发光装置6；所述紫外线光源发生器10分别与所述第一发光装置2、所述第二发光装置4、所述第三发光装置6连接设置；所述第一发光装置2、所述第二发光装置4和所述第三发光装置6分别用于固化所述第一浆料桶1、所述第二浆料桶3和所述第三浆料桶5的挤出物。

还包括：

打印平台7，所述打印平台7用于保持打印平面保持在最高点；

气泵控制器8，所述气泵控制器8分别与所述第一浆料桶1、所述第二浆料桶3、所述第三浆料桶5连接设置，用于控制三个浆料桶的挤出速率；

气泵9，所述气泵9与所述气泵控制器8连接设置。

还包括：

中控平台11，所述中控平台11分别与所述挤出单元、所述打印平台连接，并控制所述挤出单元、所述打印平台的动作。

实施例2

本实施例提供一种碳化硼基复相陶瓷(厚度为5.5mm)，如图2所示，其包括依次层叠设置的加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层；

其中，所述加强增硬层包括加强增硬粉料，以所述加强增硬粉料的总质量计，所述加强增硬粉料包括如下质量百分含量的组分：

所述中硬中韧缓冲层包括中硬中韧缓冲粉料，以所述中硬中韧缓冲粉料的总质量计，所述中硬中韧缓冲粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体(d50≤0.5μm)90wt％

sic(d50≤0.5μm)5wt％

al2o3粉体(d50≤1μm)5wt％；

所述加强增韧层包括加强增韧粉料，以所述加强增韧粉料的总质量计，所述加强增韧粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体(d50≤0.5μm)90wt％

ceo2粉体(d50≤0.5μm)7wt％

al2o3粉体(d50≤1μm)3wt％。

所述加强增硬层、所述中硬中韧缓冲层和所述加强增韧层均还包括光敏树脂体系、光引发剂和分散剂；

所述光敏树脂体系包括光敏预聚体和稀释单体；所述光敏预聚体为等质量比的丙烯酸酯化环氧树脂和聚氨酯丙烯酸酯的混合物；所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯；所述稀释单体与所述光敏预聚体的质量比为3：1；

所述光引发剂为安息香；所述光引发剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的5％；

所述分散剂为聚羧酸铵盐；所述分散剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的0.3％；

所述光敏预聚体分别与所述加强增硬粉料、所述中硬中韧缓冲粉料、所述加强增韧粉料的质量比均为1：3。

本实施例同时提供上述碳化硼基复相陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备浆料：预先将加强增硬粉料、中硬中韧缓冲粉料和加强增韧粉料分别置于滚杠球磨机上，以氧化锆球为球磨介质，以球料比3:1的比例进行混料，转速60r/min，混料时长10h；

采用机械搅拌方式将光敏预聚体的粘度控制在6500cps，向其中加入稀释单体，持续搅拌至粘度为12pa.s，得光敏树脂体系；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增硬粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为13750cps，得到加强增硬浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入中硬中韧缓冲粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为13750cps，得到中硬中韧缓冲浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增韧粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为13750cps，得到加强增韧浆料。

以上粘度测试均选用旋转流变仪测试不同剪切速度下的粘度，转速设置60r/min。

(2)利用实施例1的3d打印装置打印成型：将所述加强增硬浆料、所述中硬中韧缓冲浆料和所述加强增韧浆料分别装入第一浆料桶1、第二浆料桶3和第三浆料桶5，输入3d数模之后，由程序自动规划路径，由下向上逐层打印，打印顺序为加强增硬层→中硬中韧缓冲层→加强增韧层；每次厚度设置为35μm。由打印平台7下方的同心轴转动使得打印平面始终保持在最高点，减少了由于固化效果差异形成的流浆现象。气泵控制器8对各浆料的挤出量进行精准控制，各浆料的挤出高度为1.6mm，挤出步数为45steps/mm，移动速度为30mm/min；各层打印厚度为：加强增硬层的厚度为12mm、中硬中韧缓冲层的厚度3mm、加强增韧层的厚度为6mm。打印时通过调整紫外线光源发生器、并以150w的灯泡来补偿长光对光的消耗，进而实现浆料落地即固化，最终得到固化件。为获得更高固化强度的固化件，利用紫外光继续照射上述固化件3h,使得树脂固化完全。

(3)后处理：

①冷等静压：将固化完全的固化件封存于尼龙真空袋中，放于油压等静压设备中，以10mpa/min的升压速率将压力升至180mpa，保压60min后，以20mpa/min的降压速率泄压。

②去支撑化处理：将经冷等静压处理后的固化件称重1.699kg，匀速浸入10％的丙酮溶液中，每次8s，重复20次后，在80℃下烘干12h，烘干后称重1.545kg。再将烘干后的固化件放置于刚玉仿形托盘中，空气炉加热至650℃，进行预排胶，预排胶过程为12h。待预排胶结束后，称重1.313kg，将固化件放入烧结炉随型模具中，真空(真空度为1.0*10^-1pa)烧结中设置排胶制度，排胶温度设置800℃，保温120min；烧结后称重1.22kg；继续升温至1970℃，保温60min。

③热等静压：将经过去支撑化处理的固化件继续升温至2070℃，升温速率为5℃/min，在180mpa下，保温保压60min，随炉冷却，即得。

对上述碳化硼基复相陶瓷的性能进行测试，利用排水法测试烧结密度为2.46g/cm³，利用显微硬度仪测试维氏硬度为39.67gpa、参照国标gb/t23806-2009测试韧性为6.31mpa.m^1/2。

参照国标gtb4300a-2012，3发53穿甲燃烧弹(强装药)打靶上述碳化硼基复相陶瓷结果，射距15m，入射法线角0°，测速间距2000mm，常温常湿条件下，无预处理下打靶情况，结果如表1；

表1

实施例3

本实施例提供一种碳化硼基复相陶瓷(厚度为9.5mm)，如图2所示，其包括依次层叠设置的加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层；

其中，所述加强增硬层包括加强增硬粉料，以所述加强增硬粉料的总质量计，所述加强增硬粉料包括如下质量百分含量的组分：

所述中硬中韧缓冲层包括中硬中韧缓冲粉料，以所述中硬中韧缓冲粉料的总质量计，所述中硬中韧缓冲粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体(d50≤0.5μm)87wt％

sic(d50≤0.5μm)10wt％

al2o3粉体(d50≤1μm)3wt％；

所述加强增韧层包括加强增韧粉料，以所述加强增韧粉料的总质量计，所述加强增韧粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体(d50≤0.5μm)88wt％

ceo2粉体(d50≤0.5μm)7wt％

al2o3粉体(d50≤1μm)5wt％。

所述加强增硬层、所述中硬中韧缓冲层和所述加强增韧层均还包括光敏树脂体系、光引发剂和分散剂；

所述光敏树脂体系包括光敏预聚体和稀释单体；所述光敏预聚体为等质量比的丙烯酸酯化环氧树脂和聚氨酯丙烯酸酯的混合物；所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯；所述稀释单体与所述光敏预聚体的质量比为2：1；

所述光引发剂为安息香；所述光引发剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的3％；

所述分散剂为聚羧酸铵盐；所述分散剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的0.4％；

所述光敏预聚体分别与所述加强增硬粉料、所述中硬中韧缓冲粉料、所述加强增韧粉料的质量比均为1：2。

本实施例同时提供上述碳化硼基复相陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备浆料：预先将加强增硬粉料、中硬中韧缓冲粉料和加强增韧粉料分别置于滚杠球磨机上，以氧化锆球为球磨介质，以球料比3:1的比例进行混料，转速60r/min，混料时长10h；

采用机械搅拌方式将光敏预聚体的粘度控制在6500cps，向其中加入稀释单体，持续搅拌至粘度为12pa.s，得光敏树脂体系；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增硬粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为14000cps，得到加强增硬浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入中硬中韧缓冲粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为14000cps，得到中硬中韧缓冲浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增韧粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为14000cps，得到加强增韧浆料。

以上粘度测试均选用旋转流变仪测试不同剪切速度下的粘度，转速设置60r/min。

(2)利用实施例1的3d打印装置打印成型：将所述加强增硬浆料、所述中硬中韧缓冲浆料和所述加强增韧浆料分别装入第一浆料桶1、第二浆料桶3和第三浆料桶5，输入3d数模之后，由程序自动规划路径，由下向上逐层打印，打印顺序为加强增硬层→中硬中韧缓冲层→加强增韧层；每次厚度设置为40μm。由打印平台7下方的同心轴转动使得打印平面始终保持在最高点，减少了由于固化效果差异形成的流浆现象。气泵控制器8对各浆料的挤出量进行精准控制，各浆料的挤出高度为1.6mm，挤出步数为60steps/mm，移动速度为25mm/min；各层打印厚度为：加强增硬层的厚度为20mm、中硬中韧缓冲层的厚度6mm、加强增韧层的厚度为15mm。打印时通过调整紫外线光源发生器、并以150w的灯泡来补偿长光对光的消耗，进而实现浆料落地即固化，最终得到固化件。为获得更高固化强度的固化件，利用紫外光继续照射上述固化件4h,使得树脂固化完全。

(3)后处理：

①冷等静压：将固化完全的固化件封存于尼龙真空袋中，放于油压等静压设备中，以10mpa/min的升压速率将压力升至180mpa，保压60m·n后，以20mpa/min的降压速率泄压。

②去支撑化处理：将经冷等静压处理后的固化件称重2.88kg，匀速浸入10％的丙酮溶液中，每次8s，重复25次后，在100℃下烘干12h，烘干后称重2.536kg。再将烘干后的固化件放置于刚玉仿形托盘中，空气炉加热至650℃，进行预排胶，预排胶过程为24h。待预排胶结束后，称重2.083kg，将固化件放入烧结炉随型模具中，真空(真空度为1.0*10^-1pa)烧结中设置排胶制度，排胶温度设置800℃，保温160min；烧结后称重1.903kg；继续升温至1970℃，保温60min。

③热等静压：将经过去支撑化处理的固化件继续升温至2070℃，升温速率为5℃/min，在180mpa下，保温保压60min，随炉冷却，即得。

对上述碳化硼基复相陶瓷的性能进行测试，利用排水法测试烧结密度为2.47g/cm³，利用显微硬度仪测试维氏硬度为38.40gpa、参照国标gb/t23806-2009测试韧性为5.94mpa.m^1/2。

参照国标gtb4300a-2012，3发53穿甲燃烧弹(强装药)打靶上述碳化硼基复相陶瓷结果，射距15m，入射法线角0°，测速间距2000mm，常温常湿条件下，无预处理下打靶情况，结果如表2。

表2

实施例4

本实施例提供一种碳化硼基复相陶瓷(厚度为5.5mm)，如图2所示，其包括依次层叠设置的加强增硬层、中硬中韧缓冲层和加强增韧层；

其中，所述加强增硬层包括加强增硬粉料，以所述加强增硬粉料的总质量计，所述加强增硬粉料包括如下质量百分含量的组分：

所述中硬中韧缓冲层包括中硬中韧缓冲粉料，以所述中硬中韧缓冲粉料的总质量计，所述中硬中韧缓冲粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体(d50≤0.5μm)85wt％

sic(d50≤0.5μm)10wt％

al2o3粉体(d50≤1μm)5wt％；

所述加强增韧层包括加强增韧粉料，以所述加强增韧粉料的总质量计，所述加强增韧粉料包括如下质量百分含量的组分：

碳化硼粉体(d50≤0.5μm)95wt％

ceo2粉体(d50≤0.5μm)3wt％

al2o3粉体(d50≤1μm)2wt％。

所述加强增硬层、所述中硬中韧缓冲层和所述加强增韧层均还包括光敏树脂体系、光引发剂和分散剂；

所述光敏树脂体系包括光敏预聚体和稀释单体；所述光敏预聚体为等质量比的丙烯酸酯化环氧树脂和聚氨酯丙烯酸酯的混合物；所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯；所述稀释单体与所述光敏预聚体的质量比为1.5：1；

所述光引发剂为安息香；所述光引发剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的4％；

所述分散剂为聚羧酸铵盐；所述分散剂的添加量为所述光敏树脂体系总质量的0.2％；

所述光敏预聚体分别与所述加强增硬粉料、所述中硬中韧缓冲粉料、所述加强增韧粉料的质量比均为1：3.5。

本实施例同时提供上述碳化硼基复相陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备浆料：预先将加强增硬粉料、中硬中韧缓冲粉料和加强增韧粉料分别置于滚杠球磨机上，以氧化锆球为球磨介质，以球料比3:1的比例进行混料，转速60r/min，混料时长10h；

采用机械搅拌方式将光敏预聚体的粘度控制在6500cps，向其中加入稀释单体，持续搅拌至粘度为12pa.s，得光敏树脂体系；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增硬粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为13800cps，得到加强增硬浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入中硬中韧缓冲粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为13800cps，得到中硬中韧缓冲浆料；

向所述光敏树脂体系中依次加入加强增韧粉料、光引发剂和分散剂，持续搅拌至粘度为13800cps，得到加强增韧浆料。

以上粘度测试均选用旋转流变仪测试不同剪切速度下的粘度，转速设置60r/min。

(2)利用实施例1的3d打印装置打印成型：将所述加强增硬浆料、所述中硬中韧缓冲浆料和所述加强增韧浆料分别装入第一浆料桶1、第二浆料桶3和第三浆料桶5，输入3d数模之后，由程序自动规划路径，由下向上逐层打印，打印顺序为加强增硬层→中硬中韧缓冲层→加强增韧层；每次厚度设置为30μm。由打印平台7下方的同心轴转动使得打印平面始终保持在最高点，减少了由于固化效果差异形成的流浆现象。气泵控制器8对各浆料的挤出量进行精准控制，各浆料的挤出高度为1.6mm，挤出步数为45steps/mm，移动速度为30mm/min；各层打印厚度为：加强增硬层的厚度为8mm、中硬中韧缓冲层的厚度2mm、加强增韧层的厚度为8mm。打印时通过调整紫外线光源发生器、并以150w的灯泡来补偿长光对光的消耗，进而实现浆料落地即固化，最终得到固化件。为获得更高固化强度的固化件，利用紫外光继续照射上述固化件4h,使得树脂固化完全。

(3)后处理：

①冷等静压：将固化完全的固化件封存于尼龙真空袋中，放于油压等静压设备中，以10mpa/min的升压速率将压力升至180mpa，保压60min后，以20mpa/min的降压速率泄压。

②去支撑化处理：将经冷等静压处理后的固化件称重1.704kg，匀速浸入10％的丙酮溶液中，每次8s，重复25次后，在80℃下烘干12h，烘干后称重1.611kg。再将烘干后的固化件放置于刚玉仿形托盘中，空气炉加热至650℃，进行预排胶，预排胶过程为12h。待预排胶结束后，称重1.328kg，将固化件放入烧结炉随型模具中，真空(真空度为1.0*10^-1pa)烧结中设置排胶制度，排胶温度设置800℃，保温120min；烧结后称重1.26kg；继续升温至1970℃，保温60min。

③热等静压：将经过去支撑化处理的固化件继续升温至2070℃，升温速率为5℃/min，在180mpa下，保温保压60min，随炉冷却，即得。

对上述碳化硼基复相陶瓷的性能进行测试，利用排水法测试烧结密度为2.47g/cm³，利用显微硬度仪测试维氏硬度为39.20gpa、参照国标gb/t23806-2009测试韧性为5.99mpa.m^1/2。

参照国标gtb4300a-2012，3发53穿甲燃烧弹(强装药)打靶结果，射距15m，入射法线角0°，测速间距2000mm，常温常湿条件下，无预处理下打靶情况，结果如表3。

表3

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

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