CN104909752A - 一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：石膏50-70、硫酸钡10-12、改性氧化铝纤维10-15、铝粉3-5、过硫酸铵0.01-0.03、苯乙烯4-6、过氧化二异丙苯0.1-0.3、羟丙基纤维素1-2、聚乙烯蜡1-3、瓷土8-10、乙醇20-30、去离子水30-50；本发明添加的经过抗氧化处理的氧化铝纤维作为陶瓷的增强相具有增强陶瓷韧性、力学性能、耐磨性、硬度和耐高温的特性，添加的硫酸钡在高温煅烧下不变色，使陶瓷白度增强，密度均匀，光泽性好，表面平滑的作用。

Description

一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法

技术领域

    本发明涉及一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。

背景技术

传统的石膏产品由于其机械强度低、耐水性差而使其应用范围大大受到限制，影响了石膏矿资源的开发和利用，而陶瓷行业由于产品需求量的增加，某些地方原料的供应也日益紧张，以石膏为主要原料生产具有明显陶瓷特性的石膏陶瓷制品，也越来越受到大众的喜爱。但是陶瓷材料的致命弱点是脆性，在外力作用下，在材料表面或内部微裂纹尖端产生应力集中，裂纹扩展形成表面能以消耗能量，因而裂纹的扩展速度极其迅速，往往在瞬间就使陶瓷材料遭到灾难性的破坏。根据复合材料理论，当裂纹扩展遇到遇到纤维时，通过纤维与基体界面的脱离来吸收能量，缓和应力集中；部分纤维在张应力作用下发生断裂而从基体中拔出时，也将吸收较大的能量。因此，纤维增强陶瓷基复合材料是一种有效解决陶瓷材料脆性的途径。

氧化铝纤维具有突出的耐高温性能，绝热性好、热容量小，良好的耐化学腐蚀性能，与基体的浸润性良好，界面反应较小，所以氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料具有良好的耐高温性能和较高的断裂韧性，复合材料的力学性能、耐磨性、硬度均有提高，热膨胀系数降低，并且氧化铝纤维经过抗氧化处理，所以在高温氧化环境下长时间工作，不会因为发生氧化而形成在耐性断裂，并且成本相对较低，是一种最有潜力的耐高温、断裂材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，广泛的利用石膏资源，为降低陶瓷行业能耗开辟了一条新途径。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，由下列重量份的原料制成：石膏50-70、硫酸钡10-12、改性氧化铝纤维10-15、铝粉3-5、过硫酸铵0.01-0.03、苯乙烯4-6、过氧化二异丙苯0.1-0.3、羟丙基纤维素1-2、聚乙烯蜡1-3、瓷土8-10、乙醇20-30、去离子水30-50；

所述改性氧化铝纤维的制备方法是：将氧化铝纤维在丙酮中浸泡1-2小时，取出后用蒸馏水冲洗2-3次，烘干备用；将10-15重量份的钛酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到带有磁力搅拌器的烧瓶中，将2-3重量份的去离子水、0.2-0.4重量份的盐酸和2-5重量份的乙醇充分混合，缓慢滴加到烧瓶中，再加入2-4重量份的氧化钼粉末，搅拌30-40分钟，将备用的氧化铝纤维加到凝胶中在真空度为0.09-0.1MPa下浸渍1-2小时，取出后于70-80°C下烘干，如此反复操作2-3次，最后在高纯氩气的保护下于500-600°C下高温反应1-2小时即可。

本发明所述一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：

（1）将石膏、瓷土和硫酸钡加到球磨机中，以氧化铝求作为球磨介质，料球比为1:2，再将苯乙烯、过硫酸铵加到乙醇和去离子水的混合溶液中，溶解后加入聚乙烯蜡、羟丙基纤维素和改性氧化铝纤维搅拌均匀后加到球磨机中，球磨20-40分钟；

（2）将球磨得到的浆料抽真空，抽2-5分钟后向浆料中加入过氧化二异丙苯继续搅拌均匀，再将浆料注入到叠层玻璃模具中后在真空干燥箱内于60-80°C下干燥1-2小时；

（3）将步骤（2）中的湿坯脱模在室温下自然干燥1-2天，然后在95-100°C温度下，湿度在60-70%的条件下干燥1-2天，将剩余的成分装入等离子喷涂送粉装置在坯体表面喷涂均匀；

（4）将步骤（3）的坯体在室温下以3-5°C/min的速率升温至200°C，再以1-2°C/min的速率升温至600°C，恒温保持1-2小时后放置于真空烧结炉中，在800-1000°C的温度下烧结3-4小时，即可得到。

本发明的优点是：本发明添加的经过抗氧化处理的氧化铝纤维作为陶瓷的增强相具有增强陶瓷韧性、力学性能、耐磨性、硬度和耐高温的特性，添加的硫酸钡在高温煅烧下不变色，使陶瓷白度增强，密度均匀，光泽性好，表面平滑的作用。

具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：石膏66、硫酸钡12、改性氧化铝纤维15、铝粉4、过硫酸铵0.02、苯乙烯5、过氧化二异丙苯0.2、羟丙基纤维素2、聚乙烯蜡3、瓷土9、乙醇30、去离子水50；

所述改性氧化铝纤维的制备方法是：将氧化铝纤维在丙酮中浸泡2小时，取出后用蒸馏水冲洗3次，烘干备用；将12重量份的钛酸四丁酯和160重量份的乙醇混合加到带有磁力搅拌器的烧瓶中，将3重量份的去离子水、0.3重量份的盐酸和5重量份的乙醇充分混合，缓慢滴加到烧瓶中，再加入4重量份的氧化钼粉末，搅拌40分钟，将备用的氧化铝纤维加到凝胶中在真空度为0.09MPa下浸渍1小时，取出后于80°C下烘干，如此反复操作3次，最后在高纯氩气的保护下于600°C下高温反应2小时即可。

本发明所述一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：

（1）将石膏、瓷土和硫酸钡加到球磨机中，以氧化铝求作为球磨介质，料球比为1:2，再将苯乙烯、过硫酸铵加到乙醇和去离子水的混合溶液中，溶解后加入聚乙烯蜡、羟丙基纤维素和改性氧化铝纤维搅拌均匀后加到球磨机中，球磨40分钟；

（2）将球磨得到的浆料抽真空，抽5分钟后向浆料中加入过氧化二异丙苯继续搅拌均匀，再将浆料注入到叠层玻璃模具中后在真空干燥箱内于80°C下干燥2小时；

（3）将步骤（2）中的湿坯脱模在室温下自然干燥2天，然后在100°C温度下，湿度在60%的条件下干燥2天，将剩余的成分装入等离子喷涂送粉装置在坯体表面喷涂均匀；

（4）将步骤（3）的坯体在室温下以5°C/min的速率升温至200°C，再以1°C/min的速率升温至600°C，恒温保持2小时后放置于真空烧结炉中，在900°C的温度下烧结4小时，即可得到。

本实施例中陶瓷的性能指标结果如下：

抗压强度（MPa）：≥100；

断裂韧性（Mpa/m^1/2）：≥2.8；

弯曲强度（MPa）：≥260；

热膨胀系数（10^-6/K）：≥4.2；

抗折强度（MPa）：≥15。

Claims (2)

1.一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：石膏50-70、硫酸钡10-12、改性氧化铝纤维10-15、铝粉3-5、过硫酸铵0.01-0.03、苯乙烯4-6、过氧化二异丙苯0.1-0.3、羟丙基纤维素1-2、聚乙烯蜡1-3、瓷土8-10、乙醇20-30、去离子水30-50；

所述改性氧化铝纤维的制备方法是：将氧化铝纤维在丙酮中浸泡1-2小时，取出后用蒸馏水冲洗2-3次，烘干备用；将10-15重量份的钛酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到带有磁力搅拌器的烧瓶中，将2-3重量份的去离子水、0.2-0.4重量份的盐酸和2-5重量份的乙醇充分混合，缓慢滴加到烧瓶中，再加入2-4重量份的氧化钼粉末，搅拌30-40分钟，将备用的氧化铝纤维加到凝胶中在真空度为0.09-0.1MPa下浸渍1-2小时，取出后于70-80°C下烘干，如此反复操作2-3次，最后在高纯氩气的保护下于500-600°C下高温反应1-2小时即可。

2.根据权利要求书1所述一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：

（1）将石膏、瓷土和硫酸钡加到球磨机中，以氧化铝求作为球磨介质，料球比为1:2，再将苯乙烯、过硫酸铵加到乙醇和去离子水的混合溶液中，溶解后加入聚乙烯蜡、羟丙基纤维素和改性氧化铝纤维搅拌均匀后加到球磨机中，球磨20-40分钟；

（2）将球磨得到的浆料抽真空，抽2-5分钟后向浆料中加入过氧化二异丙苯继续搅拌均匀，再将浆料注入到叠层玻璃模具中后在真空干燥箱内于60-80°C下干燥1-2小时；

（3）将步骤（2）中的湿坯脱模在室温下自然干燥1-2天，然后在95-100°C温度下，湿度在60-70%的条件下干燥1-2天，将剩余的成分装入等离子喷涂送粉装置在坯体表面喷涂均匀；

（4）将步骤（3）的坯体在室温下以3-5°C/min的速率升温至200°C，再以1-2°C/min的速率升温至600°C，恒温保持1-2小时后放置于真空烧结炉中，在800-1000°C的温度下烧结3-4小时，即可得到。