一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，其中包括：将预处理后的氧化物长丝二维编织物浸于制备的磷酸铝界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干进行预烧结处理；采用多级逆向搅拌工艺，制备均匀稳定的水基氧化物陶瓷浆料；采用超声波辅助高压涂覆工艺，获得复合材料框架；最后利用制备的均相透明氧化物溶胶对复合材料框架中的微缺陷进行2～3浸渍弥补修复，经干燥

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于连续长丝增强陶瓷复合材料制备
，尤其涉及一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化物陶瓷材料作为传统耐高温结构材料，具有高强、耐磨、低导热率、抗氧化等性能，广泛应用于航空航天、国防军工、热能源等重要领域。然而，在氧化物陶瓷中，原子间的结合键为共价键和离子键，缺乏运动位错系统导致其塑性变形能力差因而脆性大。在陶瓷材料中采用连续长丝作为增强相，可利用连续长丝的脱粘和拔出、裂纹偏转、纤维桥连等机制，避免失效断裂过程中发生灾难性破坏，从而起到增韧、补强的作用。
[0003]连续长丝增强陶瓷基复合材料的，发展受到长丝发展的制约，因而，作为增强体的纤维需具有高强、高模、耐高温及低密度的特点。目前用于陶瓷基复合材料的连续长丝可分为氧化物长丝和非氧化长丝。非氧化长丝包括碳纤维、碳化硅纤维，二者具有良好的高温力学性能，然而其在高温(大于400℃)中易氧化，易导致明显的氧化失重和力学性能大幅下降。相较于非氧化物长丝，氧化物长丝如氧化铝长丝、氧化硅长丝、氧化锆长丝等具有高比强、高比模量、抗热震、高温抗氧化的优势，即使在高温有氧环境下仍可保持良好的力学稳定性和长时间服役性能。
[0004]氧化物陶瓷基复合材料的制备工艺直接影响了复合材料中长丝的保留强度、陶瓷基体强度及结构和长丝/基体的界面特性，从而决定了陶瓷基复合材料的各项性能。目前氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法主要分为两类：一类是以液相前驱体作为原料，其代表方法为溶胶
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凝胶法；另一类是以氧化物陶瓷粉末作为原料，称为浆料法。
[0005]公开号CN104926344A的中国专利文献公开了一种硅酸铝纤维增强氧化物陶瓷的制备方法，以氧化物溶胶为先驱体，对硅酸铝纤维织物进行真空浸渍
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凝胶化
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陶瓷化，经数次重复制得硅酸铝纤维增强氧化物陶瓷。然而，该制备方法需要重复至少10次的浸渍
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凝胶化
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陶瓷化过程，该工艺对纤维进行反复高温处理，易造成连续纤维的严重损伤，不利于复合材料力学性能的提升。公开号为CN114409420A中国专利文献明公开了一种氧化铝纤维增强莫来石陶瓷基复合材料及其制备方法，该方法经过氧化铝纤维布的预处理、磷酸镧界面层的制备、莫来石浆料的制备、复合材料的真空热压成型以及致密化等过程，最终使得陶瓷产率得到提升(20～60wt％)。但是该方法仍需行4～6次浸渍
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干燥
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热处理过程，且所得陶瓷复合的力学性能不佳，这是因为重复煅烧造成纤维力学性能下降，同时复合材料的孔隙率较大、缺陷多。
[0006]因此，现有氧化物连续长丝增强陶瓷基复合材料存在以下问题：(1)复合材料制备工艺复杂、效率低、制备周期长；(2)连续长丝作为增强相在制备过程多次煅烧，造成力学性能下降，导致综合性能不佳；(3)陶瓷基体的致密化过程中易产生缺陷，造成复合材料的孔隙率高、缺陷多，从而影响其力学性能的有效提升。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是提供一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，为了克服上述现有技术存在的周期长、工艺复杂、复合材料孔隙率高、易产生结构缺陷等问题。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术的目的是提供一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：将磷酸铝置于去离子水中进行球磨混合，调节上述均质混合分散液的pH，得到带正电荷的磷酸铝界面相浆料。
[0011]S2：将预处理后的氧化物长丝二维编织物完全浸于S1中的得到的界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干后进行预烧结处理，提高磷酸铝界面与长丝纤维之间的结合力。
[0012]S3：将氧化物粉体和粘结剂加入去离子水中，调节pH至Zeta电位绝对值最大处，保证氧化物粉体间静电斥力达到最大；随后对其进行多级逆向搅拌，使得混合分散液中的两股微湍流相互冲击，促进各组分的均匀碰撞分散，获得均匀稳定的氧化物陶瓷浆料。
[0013]S4：采用超声波辅助高压涂覆工艺，将S3中获得的氧化物陶瓷浆料均匀负载在S2中得到的氧化物长丝表面，经干燥固化后得到氧化物连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料框架。
[0014]S5：将氧化物的无机前驱体、催化剂加入复合溶剂中，均匀搅拌使其进行水解
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缩聚反应，获得均相透明的氧化铝溶胶；然后采用氧化物溶胶对S4中得到的氧化铝连续长丝增强复合材料框架中的微缺陷进行浸渍弥补修复，最后经干燥
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煅烧工艺获得孔隙率低、缺陷少的氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料。
[0015]进一步地，S1中，所述磷酸铝含量为10～30wt％；
[0016]所述分散液的pH为3～4；
[0017]进一步地，S1中，所述球磨工艺参数为：球磨转速300～500rad/min，球磨时间3～7h，球磨珠为直径3～5mm的氧化锆；球料比2～4:1。
[0018]进一步地，S2中，所述氧化物长丝为氧化硅、氧化锆或氧化铝中的一种或两种组合；
[0019]所述二维编织物为平纹、斜纹或缎纹机织物。
[0020]进一步地，S2中，所述预处理工艺为：将氧化物连续长丝二维编织物进行退火处理，随后浸于阴离子表面活性剂中，改善长丝表面润湿性；
[0021]所述退火工艺为：马弗炉煅烧温度600～700℃，保温时间30～120min。
[0022]所述阴离子表面活性剂为聚丙烯酸铵；所述聚丙烯酸铵由聚丙烯酸和氨水调配而成：取一定量的聚丙烯酸，向其中逐滴滴加氨水至pH为10～12。所述阴离子表面活性剂的浸渍工艺为常压浸渍，浸渍时间为10～24h；
[0023]进一步地，S2中，所述界面浆料的浸渍工艺为2～3次真空浸渍；所述浸渍工艺参数为：真空度
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0.006～
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0.01Mpa浸渍时间为1～2h。
[0024]进一步地，S2中，所述低温烧结工艺参数为：马弗炉煅烧温度500～800℃，保温时间30～60min。
[0025]进一步地，S3中，所述氧化物粉体种类为氧化锆粉体、氧化硅粉体或氧化铝粉体中
的一种；所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种组合。
[0026]进一步地，S3中，所述氧化物粉体粒径为100～300nm；
[0027]所述氧化物的含量为40
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75wt％；
[0028]所述粘结剂含量为氧化物粉体的3
‑
6wt％。
[0029]进一步地，S3中，所述浆料粘度为40
‑
200mPa
·
s，Zeta电位为
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30～10mV；
[0030]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将磷酸铝置于去离子水中进行球磨混合，得到均质混合分散液，调节均质混合分散液的pH，得到带正电荷的磷酸铝界面相浆料；S2：将预处理后的氧化物长丝二维编织物浸于S1中的得到的磷酸铝界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干后进行预烧结处理，以此提高磷酸铝界面与长丝纤维之间的结合力；S3：将氧化物粉体和粘结剂加入去离子水中，调节pH至Zeta电位绝对值最大处，保证氧化物粉体间静电斥力达到最大，随后进行多级逆向搅拌，使得混合分散液中的两股微湍流相互冲击，促进各组分的均匀碰撞分散，获得均匀稳定的氧化物陶瓷浆料；S4：采用超声波辅助高压涂覆工艺，将S3中获得的氧化物陶瓷浆料均匀负载在S2中得到的氧化物长丝表面，经干燥固化后得到氧化物连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料框架；S5：将氧化物的无机前驱体、催化剂加入复合溶剂中，均匀搅拌使其进行水解
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缩聚反应，获得均相透明的氧化物溶胶，然后采用氧化物溶胶对S4中得到的氧化铝陶瓷基复合材料框架中的微缺陷进行浸渍弥补修复，最后经干燥
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煅烧工艺获得孔隙率低、缺陷少的氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述磷酸铝含量为10～30wt％，所述均质混合分散液的pH为3～4；所述球磨工艺参数为：球磨转速300～500rad/min，球磨时间3～7h，球磨珠为直径为3～5mm的氧化锆，球料比2～4:1。3.根据权利要求1所述的一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述氧化物长丝为氧化硅、氧化锆或氧化铝中的一种或两种组合；所述二维编织物为平纹、斜纹或缎纹机织物中的一种。4.根据权利要求1所述的一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述预处理的工艺为：将氧化物长丝二维编织物进行退火处理，随后浸于阴离子表面活性剂中，以此改善长丝表面润湿性；所述退火的工艺为：马弗炉煅烧温度600～700℃，保温时间30～120min；所述阴离子表面活性剂为聚丙烯酸铵；所述聚丙烯酸铵由聚丙烯酸和氨水调配而成：取一定量的聚丙烯酸，向其中逐滴滴加氨水至pH为10～12；阴离子表面活性剂的浸渍工艺为常压浸渍，浸渍时间为10～24h；所述界面浆料的浸渍工艺为真空浸渍；所述浸渍工艺参数为：真空度
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0.006～
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0.01Mpa浸渍时间1～2h；低温烧结工艺参数为：马弗炉煅烧温度500～800℃，保温时间30～60min。5.根据权利要求1所述的一种氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，S3中，所述氧化物粉体选自氧化锆粉体、氧化硅粉体或氧化铝粉体中的一种；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种组合；
所述氧化物粉体粒径为100～300nm；所述氧化物陶瓷浆料中氧化物的含量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红兴，斯阳，张旋，丁彬，程隆棣，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：