一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料及其制备方法，其由下列重量份的原料制成：陶瓷粉30‑40份、羟基磷灰石5‑8份、钡长石5‑8份、锂云母5‑6份、醋酸纤维12‑15份、聚氨酯2‑5份、叔丁基过氧化氢2‑3份、三甲氧基硅烷3‑6份、甲基三乙酰氧基硅烷1‑4份、木质素磺酸钠4‑7份、丙烯酸羟丙酯2‑5份、聚乙二醇1‑4份、十二胺基磺酸钠4‑8份、氮化铝1‑2份、氯化铵1‑4份、氧化铁2‑5份、氧化亚铜2‑6份、硅酸钠2‑5份、三聚磷酸钠1‑2份、抗氧化剂1‑4份、稳定剂2‑5份、偶联剂1‑2份。制备而成的高强度碳纤维基复合陶瓷材料,其性能稳定、强度大、不易变形、耐高温且导热性能好。同时，还公开了相应的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域，特别涉及到一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷材料在性能上有其独特的优越性，在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但同时，陶瓷材料也有它的缺点。所以本专利技术利用碳纤维来增强陶瓷材料的一些性能，如强度、硬度、导热、耐高温等，是复合而成的陶瓷材料具有某些性的性能，拓宽其适用范围。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到的高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其性能稳定、强度大、不易变形、耐高温且导热性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料，由下列重量份的原料制成：陶瓷粉30-40份、羟基磷灰石5-8份、钡长石5-8份、锂云母5-6份、醋酸纤维12-15份、聚氨酯2-5份、叔丁基过氧化氢2-3份、三甲氧基硅烷3-6份、甲基三乙酰氧基硅烷1-4份、木质素磺酸钠4-7份、丙烯酸羟丙酯2-5份、聚乙二醇1-4份、十二胺基磺酸钠4-8份、氮化铝1-2份、氯化铵1-4份、氧化铁2-5份、氧化亚铜2-6份、硅酸钠2-5份、三聚磷酸钠1-2份、抗氧化剂1-4份、稳定剂2-5份、偶联剂1-2份。优选地，所述抗氧化剂为2，2'-甲撑双(4-甲基—6-叔丁基苯酚)、4-羟基十二烷酸酰替苯胺、4，4'-二叔辛基二苯胺、4-羟基十八烷酸酰替苯胺中的一种或几种。优选地，所述稳定剂为2-乙基乙酸铅、蓖麻酸钙、硬脂酸锌、丹桂酸钡中的任意一种。优选地，所述偶联剂选自三异硬酯酸钛酸异丙酯、异丙基三（二辛基焦磷酰基)钛酸酯、二(二辛基焦磷酰基)合氧乙酸酯钛、异丙基三(正乙氨基—乙氨基)钛酸酯中的任意一种或几种。所述的高强度碳纤维基复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照重量份称取各原料；（2）将陶瓷粉、羟基磷灰石、钡长石、锂云母加入雷蒙磨粉机中进行研磨，磨粉机功率为22KW，混合物粒度为200-300目;（3）将醋酸纤维、聚氨酯、叔丁基过氧化氢、三甲氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、氮化铝、氯化铵、氧化铁、氧化亚铜、抗氧化剂、步骤（2）的粉末混合物一起加入高温试验电炉烧结，将得到的高温烧结物水淬，冷却得到陶瓷块，高温烧结温度为450-500℃，高温烧结时间为10-25分钟；（4）将步骤（3）的陶瓷块、木质素磺酸钠、丙烯酸羟丙酯、聚乙二醇、十二胺基磺酸钠一起加入球磨机，料球比例为1：8，球磨时间为4小时；（5）将步骤（4）的球磨粉碎物过筛分选，收集过筛混合物；（6）将步骤（5）的过筛混合物、硅酸钠、三聚磷酸钠、稳定剂、偶联剂注入高压匀质机中搅拌均匀，转速1000-1500转/分钟，压强为0.5-1MPa，混合搅拌15-30分钟；（7）将步骤（6）的搅拌混合物注入模具中压制成型，所得胚体在4-10℃氮气保温箱中固定、脱胶30分钟；（8）将步骤（7）的胚体放入真空高温煅烧炉中进行烧结成型，煅烧温度为780-860℃，真空压强为0.2-0.5Pa，真空烧结时间为60-90分钟；（9）将步骤（8）的煅烧模型缓慢降至室温后，去模、脱蜡、放于60℃氮气保温箱中养护2-4小时，即得成品。优选地，所述水淬的条件为：入水温度为10-15℃，水淬时间为45秒。优选地，所述筛孔径为200目。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术的高强度碳纤维基复合陶瓷材料，以陶瓷粉、羟基磷灰石、钡长石、锂云母、醋酸纤维、聚氨酯、叔丁基过氧化氢、三甲氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、氮化铝、氯化铵、氧化铁、氧化亚铜为主要成分，通过加入木质素磺酸钠、丙烯酸羟丙酯、聚乙二醇、十二胺基磺酸钠、硅酸钠、三聚磷酸钠、抗氧化剂、稳定剂、偶联剂，辅以机械粉碎、高温烧结、水淬处理、球磨分选、加压匀质、铸模固定、真空煅烧、去模脱蜡、养护成型等工艺，使得制备而成的高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其性能稳定、强度大、不易变形、耐高温且导热性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。（2）本专利技术的高强度碳纤维基复合陶瓷材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。具体实施方式下面结合具体实施例对专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1（1）按照重量份称取陶瓷粉30份、羟基磷灰石5份、钡长石5份、锂云母5份、醋酸纤维12份、聚氨酯2份、叔丁基过氧化氢2份、三甲氧基硅烷3份、甲基三乙酰氧基硅烷1份、木质素磺酸钠4份、丙烯酸羟丙酯2份、聚乙二醇1份、十二胺基磺酸钠4份、氮化铝1份、氯化铵1份、氧化铁2份、氧化亚铜2份、硅酸钠2份、三聚磷酸钠1份、2，2'-甲撑双(4-甲基—6-叔丁基苯酚)1份、2-乙基乙酸铅2份、三异硬酯酸钛酸异丙酯1份；（2）将陶瓷粉、羟基磷灰石、钡长石、锂云母加入雷蒙磨粉机中进行研磨，磨粉机功率为22KW，混合物粒度为200目;（3）将醋酸纤维、聚氨酯、叔丁基过氧化氢、三甲氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、氮化铝、氯化铵、氧化铁、氧化亚铜、2，2'-甲撑双(4-甲基—6-叔丁基苯酚)、步骤（2）的粉末混合物一起加入高温试验电炉烧结，将得到的高温烧结物水淬，冷却得到陶瓷块，高温烧结温度为450℃，高温烧结时间为10分钟，水淬的入水温度为10℃，水淬时间为45秒；（4）将步骤（3）的陶瓷块、木质素磺酸钠、丙烯酸羟丙酯、聚乙二醇、十二胺基磺酸钠一起加入球磨机，料球比例为1：8，球磨时间为4小时；（5）将步骤（4）的球磨粉碎物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为200目；（6）将步骤（5）的过筛混合物、硅酸钠、三聚磷酸钠、2-乙基乙酸铅、三异硬酯酸钛酸异丙酯注入高压匀质机中搅拌均匀，转速1000转/分钟，压强为0.5MPa，混合搅拌15分钟；（7）将步骤（6）的搅拌混合物注入模具中压制成型，所得胚体在4℃氮气保温箱中固定、脱胶30分钟；（8）将步骤（7）的胚体放入真空高温煅烧炉中进行烧结成型，煅烧温度为780℃，真空压强为0.2Pa，真空烧结时间为60分钟；（9）将步骤（8）的煅烧模型缓慢降至室温后，去模、脱蜡、放于60℃氮气保温箱中养护2小时，即得成品。制得的高强度碳纤维基复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。实施例2（1）按照重量份称取陶瓷粉33份、羟基磷灰石6份、钡长石6份、锂云母5份、醋酸纤维13份、聚氨酯3份、叔丁基过氧化氢2份、三甲氧基硅烷4份、甲基三乙酰氧基硅烷2份、木质素磺酸钠5份、丙烯酸羟丙酯3份、聚乙二醇2份、十二胺基磺酸钠5份、氮化铝1份、氯化铵2份、氧化铁3份、氧化亚铜3份、硅酸钠3份、三聚磷酸钠1份、4-羟基十二烷酸酰替苯胺2份、蓖麻酸钙3份、异丙基三（二辛基焦磷酰基)钛酸酯1份；（2）将陶瓷粉、羟基磷灰石、钡长石、锂云母加入雷蒙磨粉机中进行研磨，磨粉机功率为22KW，混合物粒度为250目;（3）将醋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：陶瓷粉30‑40份、羟基磷灰石5‑8份、钡长石5‑8份、锂云母5‑6份、醋酸纤维12‑15份、聚氨酯2‑5份、叔丁基过氧化氢2‑3份、三甲氧基硅烷3‑6份、甲基三乙酰氧基硅烷1‑4份、木质素磺酸钠4‑7份、丙烯酸羟丙酯2‑5份、聚乙二醇1‑4份、十二胺基磺酸钠4‑8份、氮化铝1‑2份、氯化铵1‑4份、氧化铁2‑5份、氧化亚铜2‑6份、硅酸钠2‑5份、三聚磷酸钠1‑2 份、抗氧化剂1‑4份、稳定剂2‑5份、偶联剂1‑2份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：陶瓷粉30-40份、羟基磷灰石5-8份、钡长石5-8份、锂云母5-6份、醋酸纤维12-15份、聚氨酯2-5份、叔丁基过氧化氢2-3份、三甲氧基硅烷3-6份、甲基三乙酰氧基硅烷1-4份、木质素磺酸钠4-7份、丙烯酸羟丙酯2-5份、聚乙二醇1-4份、十二胺基磺酸钠4-8份、氮化铝1-2份、氯化铵1-4份、氧化铁2-5份、氧化亚铜2-6份、硅酸钠2-5份、三聚磷酸钠1-2份、抗氧化剂1-4份、稳定剂2-5份、偶联剂1-2份。2.根据权利要求1所述的高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其特征在于：所述抗氧化剂为2，2'-甲撑双(4-甲基—6-叔丁基苯酚)、4-羟基十二烷酸酰替苯胺、4，4'-二叔辛基二苯胺、4-羟基十八烷酸酰替苯胺中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其特征在于：所述稳定剂为2-乙基乙酸铅、蓖麻酸钙、硬脂酸锌、丹桂酸钡中的任意一种。4.根据权利要求1所述的高强度碳纤维基复合陶瓷材料，其特征在于：所述偶联剂选自三异硬酯酸钛酸异丙酯、异丙基三（二辛基焦磷酰基)钛酸酯、二(二辛基焦磷酰基)合氧乙酸酯钛、异丙基三(正乙氨基—乙氨基)钛酸酯中的任意一种或几种。5.根据权利要求1-4任一所述的高强度碳纤维基复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照重量份称取各原料；（2）将陶瓷粉、羟基磷灰石、钡长石、锂云母加入雷蒙磨粉机中进行研磨，磨粉机功率为22K...

【专利技术属性】
技术研发人员：马志明，
申请(专利权)人：苏州洛特兰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32