具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法，包括如下步骤(1)预处理步骤：采用聚电解质涂覆陶瓷纤维获得预处理纤维，所述的聚电解质为聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙烯酰胺；(2)涂层形成步骤：采用磷酸铝溶胶涂覆所述预处理纤维，并在500～900℃热处理；(3)将步骤(1)和(2)重复1～6次，从而在所述陶瓷纤维表面形成磷酸铝涂层。本发明专利技术减小了形成涂层所需要的热处理次数，适当降低了热处理温度。

Preparation of ceramic fibers with aluminum phosphate coating

The invention discloses a preparation method of aluminum phosphate coating with ceramic fiber, which comprises the following steps: (1) pretreatment steps using polyelectrolyte coated ceramic fiber for pretreatment of fiber, the polyelectrolyte polyethylene imine or cationic polyacrylamide; (2) coating steps: adopting sol-gel coating of aluminum phosphate the pretreatment of fiber, and 500~900 degrees in the heat treatment; (3) the step (1) and (2) repeated 1~6 times, and the aluminum phosphate coating is formed on the surface of the ceramic fiber. The present invention reduces the number of heat treatment required to form the coating, and appropriately reduces the heat treatment temperature.

【技术实现步骤摘要】
具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法
本专利技术涉及一种具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法。
技术介绍
随着飞行器的飞行马赫数不断提高，飞行器对高温结构材料，特别是陶瓷基复合材料的性能提出了更高的要求。纤维增强陶瓷基复合材料需要在纤维表面形成一个弱界面涂层，基体中的裂纹传导至纤维附近时，弱界面有利于纤维拔出和滑移，从而使纤维起到增强效果。磷酸铝(AlPO4)具有高熔点、抗氧化、较低的介电常数和介电损耗等特点，并且与氧化铝、莫来石等陶瓷材料具有很好的化学匹配和热匹配的优点。将其作为陶瓷基复合材料的弱界面材料具有良好的效果。在陶瓷基底上形成AlPO4涂层的方法有化学气相沉积法、原子层沉积法、液相法等。使用化学气相沉积法和原子层沉积法在基底上形成AlPO4涂层，存在成本高、形成涂层速率小、形成的涂层偏离化学计量比P/Al＝1等缺点。与之相反，使用低浓度溶胶结合静电吸引的液相法形成AlPO4涂层则可以降低成本，并形成较为均匀的涂层。例如，利用聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMA)预处理纤维，使纤维带正电，从而吸附在带负电的AlPO4纳米颗粒形成均匀的涂层。但是，采用该方法形成理想的涂层需要多达8～10次的重复浸渍工序，并且需要在1100℃的高温下处理才能获得较为理想的涂层。但是，经过多次高温热处理，将导致纤维强度下降严重，从而使得复合材料的强度下降。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本申请的专利技术人进行了深入研究。本专利技术的目的在于提供一种具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法，亦即提供一种陶瓷纤维表面形成AlPO4涂层的方法，其可以减少形成涂层所需要的热处理次数，适当降低热处理温度。这样可以使得纤维的强度得到最大程度的保留。本专利技术提供一种具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法，包括如下步骤：(1)预处理步骤：采用聚电解质涂覆陶瓷纤维获得预处理纤维，所述的聚电解质为聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙烯酰胺；(2)涂层形成步骤：采用磷酸铝溶胶涂覆所述预处理纤维，并在500～900℃热处理；(3)将步骤(1)和(2)重复1～6次，从而在所述陶瓷纤维表面形成磷酸铝涂层。在本专利技术中，由于采用聚电解质聚乙烯亚胺(PEI)或阳离子型聚丙烯酰胺，而不是聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMA)，对陶瓷纤维表面进行预处理，从而可以增加磷酸铝的静电吸附效果，进而减少真空浸渍的次数，同时降低了热处理温度。在本专利技术的涂层形成步骤中，热处理的温度可以为500～900℃，优选为500～800℃。通过降低热处理次数和热处理温度，可以避免纤维强度的过度降低。采用本专利技术的方法，可以使得所述陶瓷纤维表面的磷酸铝涂层的厚度达到1μm以上，优选为1～5μm，更优选为2～3μm。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述的陶瓷纤维为莫来石纤维或氧化铝纤维。根据本专利技术的一个实施方式，所述的陶瓷纤维为莫来石纤维。根据本专利技术的制备方法，优选地，将步骤(1)和(2)重复3～5次，从而在所述陶瓷纤维表面形成磷酸铝涂层。减少涂覆次数，可以同时减少热处理次数，从而防止纤维强度过度降低。根据本专利技术的制备方法，优选地，在所述的预处理步骤中，采用pH值为8～10的聚电解质水溶液对陶瓷纤维进行涂覆，从而获得预处理纤维。根据本专利技术的一个实施方式，在所述的预处理步骤中，采用pH值为8～10的聚乙烯亚胺水溶液对陶瓷纤维进行涂覆，从而获得预处理纤维。根据本专利技术的另一个实施方式，在所述的预处理步骤中，采用pH值为8～10的阳离子型聚丙烯酰胺水溶液对陶瓷纤维进行涂覆，从而获得预处理纤维。作为优选，聚电解质水溶液、聚乙烯亚胺水溶液、聚丙烯酰胺水溶液的pH值为8.5～9.5。根据本专利技术的制备方法，优选地，在所述的预处理步骤中，聚电解质水溶液中的聚电解质浓度为0.1wt％～3wt％。这样可以保证聚电解质充分附着于陶瓷纤维上。根据本专利技术的一个实施方式，在所述的预处理步骤中，聚乙烯亚胺水溶液的聚乙烯亚胺浓度为0.1wt％～3wt％。根据本专利技术的另一个实施方式，在所述的预处理步骤中，阳离子型聚丙烯酰胺水溶液的阳离子型聚丙烯酰胺浓度为0.1wt％～3wt％。作为优选，聚电解质水溶液、聚乙烯亚胺水溶液、聚丙烯酰胺水溶液优选为0.3wt％～2.5wt％。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述的预处理步骤为：将陶瓷纤维在pH值为8～10、且浓度为0.1wt％～3wt％的聚电解质的水溶液真空浸渍5～60min；将陶瓷纤维取出，并用去离子水洗掉过多的聚电解质，从而获得预处理纤维。例如，将陶瓷纤维在pH值为8～10、且浓度为0.1wt％～3wt％的聚乙烯亚胺水溶液真空浸渍5～60min；将陶瓷纤维取出，并用去离子水洗掉过多的聚乙烯亚胺，从而获得预处理纤维。又如，将陶瓷纤维在pH值为8～10、且浓度为0.1wt％～3wt％的聚丙烯酰胺水溶液真空浸渍5～60min；将陶瓷纤维取出，并用去离子水洗掉过多的聚丙烯酰胺，从而获得预处理纤维。真空浸渍的时间优选为20～60min。根据本专利技术的制备方法，优选地，在所述涂层形成步骤中，所述磷酸铝溶胶的pH值为7～8、且浓度为0.03～0.1mol/L。采用上述磷酸铝溶胶，可以很好地控制静电吸附过程，让磷酸铝与聚电解质充分静电吸引。所述磷酸铝溶胶的pH值优选为7.2～7.8。所述磷酸铝溶胶的浓度优选为0.03～0.05mol/L。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述的涂层形成步骤为：将所述预处理纤维在0.03～0.1mol/L的磷酸铝溶胶中真空浸渍15～120min；将预处理纤维取出，并用去离子水洗掉过多磷酸铝；在60～200℃干燥，然后在500～900℃热处理20～240min。更优选地，将所述预处理纤维在0.03～0.05mol/L的磷酸铝溶胶中真空浸渍45～90min；将预处理纤维取出，并用去离子水洗掉过多磷酸铝；在80～110℃干燥，然后在500～800℃热处理50～100min。这样可以保证磷酸铝与聚电解质进行充分的静电吸引，提高磷酸铝附着量，并节省时间。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述的磷酸铝溶胶采用如下步骤制备：将Al(NO3)3·9H2O和(NH4)2HPO4分别配置成摩尔浓度相同的Al(NO3)3·9H2O水溶液和(NH4)2HPO4水溶液，在持续搅拌作用下，将(NH4)2HPO4水溶液逐滴加入Al(NO3)3·9H2O水溶液中，从而生成含有磷酸铝的混合物；将所得含有磷酸铝的混合物在2000～10000r/min下离心1～40min，倒掉上清液，加入去离子水，离心清洗步骤重复1～6次；然后用3～8wt％的氨水调节pH值为7～8，超声3～30min，得到所述磷酸铝溶胶。Al(NO3)3·9H2O水溶液和(NH4)2HPO4水溶液的浓度可以为0.03～0.2mol/L，优选为0.03～0.05mol/L。可以采用恒流泵控制(NH4)2HPO4水溶液的滴加速度。优选地，将所得含有磷酸铝的混合物优选在2500～6000r/min下离心10～30min。根据本专利技术的制备方法，优选地，在进行预处理步骤之前，所述陶瓷纤维在400～1000℃热处理20～200min，以除掉所述陶瓷纤维表面的有机物。例如，所述陶瓷纤维在500～600℃热处理60～120min。本专利技术采用聚电解质聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预处理步骤：采用聚电解质涂覆陶瓷纤维获得预处理纤维，所述的聚电解质为聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙烯酰胺；(2)涂层形成步骤：采用磷酸铝溶胶涂覆所述预处理纤维，并在500～900℃热处理；将步骤(1)和(2)重复1～6次，从而在所述陶瓷纤维表面形成磷酸铝涂层。

【技术特征摘要】
1.一种具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预处理步骤：采用聚电解质涂覆陶瓷纤维获得预处理纤维，所述的聚电解质为聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙烯酰胺；(2)涂层形成步骤：采用磷酸铝溶胶涂覆所述预处理纤维，并在500～900℃热处理；将步骤(1)和(2)重复1～6次，从而在所述陶瓷纤维表面形成磷酸铝涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷纤维为莫来石纤维或氧化铝纤维。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将步骤(1)和(2)重复3～5次，从而在所述陶瓷纤维表面形成磷酸铝涂层。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述的预处理步骤中，采用pH值为8～10的聚电解质水溶液对陶瓷纤维进行涂覆，从而获得预处理纤维。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述的预处理步骤中，聚电解质水溶液中的聚电解质浓度为0.1wt％～3wt％。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述涂层形成步骤中，所述磷酸铝溶胶的pH值为7～8、且浓度为0.03～0.1mol/L。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的预处理步骤为：将陶瓷纤维在pH值为8～10、浓度为0.1wt％～3wt％的聚电解质的水溶液真...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，高龙飞，陈超，张雪梅，肖永栋，田谋锋，肖沅谕，董可心，于坤，
申请(专利权)人：北京玻钢院复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11