一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维三维织物技术

本发明专利技术涉及一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维三维织物。所述方法为：采用聚阴离子聚合物溶液对氧化铝纤维三维织物进行预处理，得到预处理后的氧化铝纤维三维织物；制备温度不大于5℃的磷酸镧前驱体溶液；在真空及温度不大于10℃条件下，采用磷酸镧前驱体溶液对预处理后的氧化铝纤维三维织物进行真空浸渍；将真空浸渍后的氧化铝纤维三维织物进行微波加热处理，然后依次经过清洗、烘干和高温处理的步骤，由此完成氧化铝纤维三维织物界面改性。本发明专利技术工艺简单，无需复杂设备及试剂，原料利用率高，成本低廉；采用本发明专利技术工艺改性后纤维三维织物制备的氧化铝纤维增强氧化铝复合材料长时高温处理后仍有较高的强度。

A method of interface modification of alumina fiber three-dimensional fabric and the modified alumina fiber three-dimensional fabric

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维三维织物
本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维三维织物。
技术介绍
航空发动机燃烧室、高超声速飞机前机身前缘和边条翼等热端部件对高温、高强、高抗氧化性材料提出了迫切需求。现有耐高温陶瓷材料体系中，均质陶瓷材料由于韧性不足、抗热震性能较差，难以满足热端部件高温下可重复使用的要求。由于纤维的补强增韧作用可以使材料的韧性大幅度提高，纤维增强陶瓷基复合材料是航空发动机内部热结构件、高超声速飞机热端部件的优选材料。现有纤维增强陶瓷基复合材料种类较多，其中Cf/SiC、SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有良好的力学性能和耐高温性能，但是这些材料在高温有氧环境尤其在水氧气氛下，性能稳定性较差，不能长时可重复使用。石英纤维增强陶瓷基复合材料具有很好的抗氧化性能，但该材料的使用温度不超过1000℃、高温力学性能不足，难以满足热端构件高温力学承载的需求。氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料，具有耐高温、抗氧化、抗水氧腐蚀、力学强度高的优点，同时具有很好的耐热冲击能力，是航空发动机内部热结构件、飞行器热端部件的较优材料方案。未经表面处理的氧化铝纤维与基体在高温条件下容易形成较强的界面作用，在外界载荷作用下，基体裂纹容易向纤维本体扩展，引起材料脆性破坏。为此氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备过程中，需要对纤维进行界面改性，实现基体与纤维在高温条件下相对弱的界面结合。氧化铝纤维可在编织成织物前进行界面涂层改性，但在织物编织过程中，纤维表面界面层容易损伤，因此工程应用中通常直接对氧化铝纤维三维织物进行界面改性。中国专利申请CN104926341A采用化学气相沉积的方式对氧化铝纤维三维织物进行碳层界面改性，由于织物外部纤维的阻碍作用，对于厚度较大的织物，织物内部纤维界面改性难度较大，气相沉积的均匀性难以保障，而且在高温水氧环境下，碳界面层容易裂解，材料的高温重复使用性存在问题。与中国专利申请CN104926341A不同，中国专利申请CN106699209A采用聚合物前驱体浸渍裂解的方式对氧化铝纤维三维织物进行多孔氧化物界面改性，实现复合材料纤维与基体较弱的界面作用，但该专利申请需用到有机溶剂，对所用原料及设备有较高的要求。针对上述问题，非常有必要提供一种氧化铝纤维三维织物界面改性的新方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有氧化铝织物纤维界面改性方法的不足，提供一种较为简单、成本较低、周期较短的工艺方法对氧化铝纤维三维织物中纤维进行界面改性。本专利技术方法采用水做溶剂，所用原料为常用无机盐及无机酸碱，反应条件温和；本专利技术结合聚阴离子聚合物预处理，真空辅助浸渍和微波加热工艺，有效保证了织物内部纤维界面改性效果；本专利技术所采用的磷酸镧界面层具有高的熔点及良好的高温抗氧化性，采用本专利技术工艺改性后三维织物制备的氧化铝纤维增强氧化铝复合材料长时高温处理后仍有较高的强度。为了实现上述目的，本专利技术在第一方面提供了一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法，所述方法包括如下步骤：(1)采用聚阴离子聚合物溶液真空浸渍氧化铝纤维三维织物以对所述氧化铝纤维三维织物进行预处理，得到预处理后的氧化铝纤维三维织物；(2)制备温度不大于5℃的磷酸镧前驱体溶液；(3)在真空以及温度不大于10℃的条件下，采用所述磷酸镧前驱体溶液对预处理后的氧化铝纤维三维织物进行真空浸渍；(4)将经过真空浸渍后的氧化铝纤维三维织物进行微波加热处理，然后依次经过清洗、烘干和高温处理的步骤，由此完成氧化铝纤维三维织物界面改性。优选地，所述聚阴离子聚合物溶液中含有的聚阴离子聚合物选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和聚乙烯磷酸中的一种或多种。优选地，所述聚阴离子聚合物溶液的质量浓度为3～10wt％；和/或所述聚阴离子聚合物溶液的pH为4～5。优选地，所述磷酸镧前驱体溶液的制备包括如下步骤：(a)配制温度不大于5℃的含镧离子水溶液，然后往所述含镧离子水溶液中加入乙二胺四乙酸后调节所述含镧离子水溶液的pH为4～5，得到镧离子溶液；(b)配制温度不大于5℃的含磷酸根水溶液，并调节所述含磷酸根水溶液的pH为4～5，得到磷酸根离子溶液；(c)将所述镧离子溶液和所述磷酸根离子溶液按照含有的镧和磷的摩尔比为1:1进行混合，制得所述磷酸镧前驱体溶液。优选地，所述含镧离子水溶液采用硝酸镧、氯化镧或其他易溶于水的镧盐制备而成；和/或所述含磷酸根水溶液采用磷酸、易溶于水的磷酸氢盐、易溶于水的磷酸二氢盐或易溶于水的磷酸盐制备而成；和/或所述含镧离子水溶液和/或所述含磷酸根水溶液的pH采用氨水、盐酸、硝酸或氢氧化钠进行调节。优选地，所述含镧离子水溶液中含有的镧离子与所述乙二胺四乙酸的摩尔比为1：(1～2)；和/或所述镧离子溶液中含有的镧离子浓度和/或所述磷酸根离子溶液中含有的磷酸根离子浓度不小于0.4mol/L。优选地，所述氧化铝纤维三维织物的结构形式包括但不限于三向正交结构、缝合结构、针刺结构和2.5D结构。优选地，在步骤(1)中，在真空以及室温条件下，进行所述真空浸渍，进行所述真空浸渍的时间不小于8h；和/或在步骤(3)中，在真空以及温度为0～10℃的条件下，进行所述真空浸渍，进行所述真空浸渍的时间不小于2h；和/或在步骤(4)中，进行所述微波加热处理的温度不低于50℃，进行所述微波加热处理的时间为5～10min；和/或在步骤(4)中，所述高温处理的温度为800～1000℃，所述高温处理的时间为1～2h；优选的是，所述高温处理的温度为900℃，所述高温处理的时间为1h。本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的方法界面改性后制得的改性氧化铝纤维三维织物。本专利技术在第三方面提供了包含本专利技术在第二方面所述的改性氧化铝纤维三维织物的复合材料。本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：(1)本专利技术直接采用水做溶剂，反应条件温和，界面改性过程无需复杂的设备及试剂。(2)本专利技术所用原料为常见的工业原料(例如常用的无机盐及无机酸碱)，来源广泛，原料利用率高，成本低廉。(3)本专利技术结合聚阴离子聚合物预处理，真空辅助浸渍和微波加热工艺，有效保证了织物内部纤维界面改性的均匀性；本专利技术中氧化铝纤维三维织物采用聚阴离子聚合物进行预处理，使织物纤维表面吸附部分聚阴离子聚合物，促进后续界面层在织物内部纤维表面生长，织物进行聚阴离子聚合物预处理后，浸渍磷酸镧前驱体溶液，并通过微波加热的方式确保织物加热的均匀性，促进织物内部纤维表面界面层的形成。(4)本专利技术所采用的磷酸镧界面层具有良好的高温抗氧化性，采用界面改性后氧化铝纤维三维织物制备的氧化铝纤维增强氧化铝复合材料在长时高温处理后仍有较高的强度保留率。附图说明图1是本专利技术的制备流程图。图2是本专利技术一个具体实施方式中的制备流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)采用聚阴离子聚合物溶液真空浸渍氧化铝纤维三维织物以对所述氧化铝纤维三维织物进行预处理，得到预处理后的氧化铝纤维三维织物；/n(2)制备温度不大于5℃的磷酸镧前驱体溶液；/n(3)在真空以及温度不大于10℃的条件下，采用所述磷酸镧前驱体溶液对预处理后的氧化铝纤维三维织物进行真空浸渍；/n(4)将经过真空浸渍后的氧化铝纤维三维织物进行微波加热处理，然后依次经过清洗、烘干和高温处理的步骤，由此完成氧化铝纤维三维织物界面改性。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝纤维三维织物界面改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)采用聚阴离子聚合物溶液真空浸渍氧化铝纤维三维织物以对所述氧化铝纤维三维织物进行预处理，得到预处理后的氧化铝纤维三维织物；
(2)制备温度不大于5℃的磷酸镧前驱体溶液；
(3)在真空以及温度不大于10℃的条件下，采用所述磷酸镧前驱体溶液对预处理后的氧化铝纤维三维织物进行真空浸渍；
(4)将经过真空浸渍后的氧化铝纤维三维织物进行微波加热处理，然后依次经过清洗、烘干和高温处理的步骤，由此完成氧化铝纤维三维织物界面改性。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述聚阴离子聚合物溶液中含有的聚阴离子聚合物选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和聚乙烯磷酸中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述聚阴离子聚合物溶液的质量浓度为3～10wt％；和/或
所述聚阴离子聚合物溶液的pH为4～5。


4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述磷酸镧前驱体溶液的制备包括如下步骤：
(a)配制温度不大于5℃的含镧离子水溶液，然后往所述含镧离子水溶液中加入乙二胺四乙酸后调节所述含镧离子水溶液的pH为4～5，得到镧离子溶液；
(b)配制温度不大于5℃的含磷酸根水溶液，并调节所述含磷酸根水溶液的pH为4～5，得到磷酸根离子溶液；
(c)将所述镧离子溶液和所述磷酸根离子溶液按照含有的镧和磷的摩尔比为1:1进行混合，制得所述磷酸镧前驱体溶液。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述含镧离...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴焘，孙志强，慈吉良，张剑，吕毅，赵英民，张天翔，张昊，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11