CN106946552A - 表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及其应用 - Google Patents

表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及应用，以重量份数计，原料组成如下：纳米氧化铝正交微晶须51‑99.99份；纳米碳化硅斜方微晶须0.01‑49.99份；纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01‑49.99份；所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；高岭土0.01‑0.015份。本发明能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，成分比例恰当，没有原料的浪费，降低生产成本，机械强度更高，具有较好的热传导特性。本发明的产品性能更好，应用更为广泛。

Description

表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及其 应用
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及应用。
背景技术
纳米碳化硅(SiC)，又称金刚砂，由碳和硅化合形成分子式SiC。碳化硅微晶须为立方微晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，分为α型和β型两种形式，其中β型性能优于α型并具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上)，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温，特别耐地震、耐腐蚀、耐辐射，已经在飞机、导弹的外壳上以及发动机、高温涡轮转子、特种部件上得到应用。同样，氧化铝微晶须作为一种陶瓷晶须，具有高强度及优越的力学性能，而且不存在高温氧化问题。纳米碳化硅可以通过多种形式得到，包括但不局限于填充陶瓷材料，粮食和纤维。大块的或颗粒状的纳米碳化硅有很多用途，包括用作研磨或切割用具、建筑陶瓷、用于电子电路元件和加热元件。纳米碳化硅也可以以微晶须形式存在。通常在纳米碳化硅的生产工业中微晶须被定义为拥有高比例的长度直径比的纳米碳化硅颗粒。不同尺寸和不同工艺制作得到的纳米碳化硅微晶须通常用于加强和巩固其他材料。
早期的纳米碳化硅微晶须是由稻谷壳在SiO2气氛中高压生产得到。后来，纳米碳化硅微晶须是通过使用石油化工过程生产得到，而现在的纳米碳化硅微晶须，可以在高温下直接氟化得到。但是却造成了下面的问题：(i)需要非常高的温度前驱体才能反应生成预期的纳米碳化硅，(ⅱ)会产生的一些处理繁琐且费用昂贵的石化衍生物(例如苯并恶嗪，甲苯)，(iii)需要昂贵的前驱体(如碳化硼)。例如，现有的典型传统工艺的已知反应方法是在温度高达2200℃下执行，远远超过1000℃。这就会造成需要具高温锅炉及重要生产条件控制的困难。例如，进料速度，加温区的温度控制，气态物质排放，热能排放，及电能质量监控等。
因此，目前对于纳米碳化硅微晶须的研究，都是为了克服一个或多个上面讨论的问题。但是，现有的生产技术仍然存在下面的问题，如：(一)会产生不符合规格的材料(“废料”)，造成生产效率低下；(二)增加生产时间；(三)增加生产成本。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，成分比例恰当，没有原料的浪费，降低生产成本，机械强度更高，具有较好的热传导特性。本发明的制备方法中，并且由该生产技术得到的产品比用其它方法制得的更均匀。本发明的产品性能更好，应用更为广泛。
本发明所述的一种表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，以重量份数计，原料组成如下：
纳米氧化铝正交微晶须51-99.99份；
纳米碳化硅斜方微晶须0.01-49.99份；
纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-49.99份；
所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；
高岭土0.01-0.015份，高岭土表面经过Na2SiF6处理；
氟化材料占高岭土质量的2-4％。
Na2SiF6占高岭土总质量的0.05-3％。
Na2SiF6(氟硅酸钠)是一种低成本且常用于氟化城市供水的白色结晶粉末。制备过程中，用氟硅酸钠处理过的高岭土用作掺合剂直接氟化纳米碳化硅。
本发明表面刻蚀的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料组成，以重量份数计，优选如下：
纳米氧化铝正交微晶须70-99.99份，纳米碳化硅斜方微晶须0.01-30份，高岭土0.01-0.015份。
本发明表面刻蚀的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料组成，以重量份数计，更优选如下：
纳米氧化铝正交微晶须97.5-99.45份，纳米碳化硅斜方微晶须0.01-0.05份，纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-0.05份；高岭土0.01-0.015份。
所述纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料中，所述纳米碳化硅斜方微晶须与纳米氧化铝正交微晶须处于物理上的分离状态。
所述氧化铝正交微晶须的长度为：200nm-1000nm；纳米碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm；所述纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须的长度为200nm-1000nm。
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的原料优选如下：
所述纳米氧化铝正交微晶须的长度为500nm-700nm。所述纳米碳化硅斜方微晶须的长度为450nm-750nm，氧化铝正交微晶须长度优选为700nm。纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料的长度为为500nm。
所述高岭土的纯度为99.99％。
所述氟化材料为四氟乙烯或聚四氟乙烯(PTFE)。
所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为的纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；
(2)在干燥的高岭土中加入Na2SiF6，对干燥的高岭土进行表面处理；
(3)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；
(4)加热混合后混合材料a和混合材料b，得到纳米碳化硅微米微晶须陶瓷基复合材料。
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，
(1)粉碎所述氧化铝正交微晶须至200nm-1000nm，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm的纳米碳化硅斜方微晶须，并通过湿法刻蚀改变所述纳米碳化硅斜方微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须；
(2)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；
(3)将干燥的高岭土与Na2SiF6混合进行表面处理；
(4)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；
(5)将混合材料a、混合材料b混合后在800-850℃加热，然后急速冷却，以产生表面刻蚀的的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料。
制备混合材料a的时间为3-5分钟，制备混合材料b的时间为8-10分钟。
步骤(5)中，加热时间为10-15分钟，急速冷却时间为7-12分钟，冷却后的温度为30-40℃。
本发明制备方法包括但不限于使用流化床干燥器、输送机烘箱、旋转窑、煅烧炉、旋转管煅烧炉或陶瓷炉作为加热加工装置。
其中，预蚀刻的纳米氧化铝被用作迅速分散的混和剂。经过Na2SiF6处理的高岭土和氟化材料为生成复合材料的反应创建了一个“活化材料”。
在制备过程中，纳米碳化硅的直接氟化通过Na2SiF6开始，制造工艺成本较低。此外，预蚀刻后的纳米氧化铝和表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝复合材料增加了所得混合材料a的结构和热质量，且独立地确保了氟化材料的完全分解和分散，高岭土更加确保随后使用的任何直接氟化材料的彻底分解和分散。
预蚀刻纳米氧化铝正交微晶须，预蚀刻纳米碳化硅/氧化铝复合材料，经过Na2SiF6处理的高岭土和氟化材料为活化材料。活化材料能够与纳米碳化硅微晶须迅速混合，并且能够在高温和浓缩氮-空气-氟化氢的氛围中快速处理。特别地，高岭石(Al2Si2O5(OH)4)从室温升到750℃来产生偏高岭土(2Al2Si2O7+4H2O)，这是由于高岭石在600℃开始吸热分解，这个阶段会产生一种物质而变成伽马氧化硅(Si3Al4O12+SiO2)。该过程以前常用于生产βSiAlONS，而现在能够用于生产莫来石微晶须。本发明通过使用预处理的活化材料能够实现复合材料的快速生产。
本发明能够在800-850℃的较低的温度下进行，因为Na2SiF6开始放出气体的温度为500℃，它是本发明上升温度的下限。这个初放气过程使纳米碳化硅的蚀刻比其他已知方法要早得多，如此即增加了生产速度又降低了废气的排放量，特别是HF。从而能够降低洗涤和处理废水的设备成本。
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料作为一种陶瓷基添加剂，添加于传统的陶瓷材料中，对陶瓷材料的改性有很好的效果。
一种复合涂料，包括表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种绝缘材料，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种耐火阻燃材料，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种小型热传导管线材料，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种电子元件，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种机电设备，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种机械装备零配件器件，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种医疗器械零配件，包括表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种抗电磁波屏蔽保护板，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种轻重量抗辐射隔离材料，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
一种金属基复合材料，包括所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料能够作为绝缘材料、耐火阻燃材料、小型热传导管线材料、电子元件、机电设备、机械装备零配件器件、医疗器械零配件、抗电磁波屏蔽保护板、轻重量抗辐射隔离材料和金属基复合材料的添加剂，对各产品都具有很好的改性作用。
本发明由纳米碳化硅斜方微晶须、氧化铝正交微晶须、碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料、表面经过Na2SiF6处理的高岭土一并复合制备而成。这些原料都经过了预处理，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，由于成分比例恰当，没有原料的浪费，能够降低生产成本。
本发明所公开的复合材料除了具有与莫来石微晶须和β-Sialons相似或相同的品质，还具有纳米氧化铝和纳米碳化硅的机械和热学性能。例如，所公开的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料能够加入涂料中、电子元件中、医疗器械中、机电设备中、抗电磁波屏蔽保护板中和金属基质复合材料中，提高所需的耐火阻燃、导电性、导热性机械性能和热性能，而不显著改变宿主陶瓷材料的比重或其他特殊性能。
采用该复合材料生产的各种材料的热学和机械性能的增强，例如，复合材料能够用在深海工程中、航太工程中、发电机-涡轮机-透平机的叶片轮机中，炼油厂耐磨机械械件中得以应用。类似的特征，尤其是随机分布的长度，使得材料的机械强度增强，主要就是由于掺合物长度的随机分布而使得其性能提高。
将质量百分比为7.5％-15％表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料混合到微球体中，然后将这种混合物混合到树脂基泡沫塑料复合材料中，制备成复合泡沫塑料，能够应用于水下立管、进水管和用于石油、天然气和采矿行业中的关键金属零部件的深海下绝热环境。
本发明解决安全性问题，提高了安全性，这些不良的气体的洗涤大大增加了生产成本。而本发明提供的方法将快速的升温，主要是使用BHF和预蚀材料来显著缩短加热时间，以“跳”过此毒热区，这种方法极大地缩短了物料的加热阶段“升温时间”，降低了超过一半的时间，将在炉/煅烧炉中的时间从25-28秒降到8秒。
本发明提供了独特的生产优势，包括但不限于：更完整地分解氟化剂，例如聚四氟乙烯，更好地与被刻蚀的材料混合，从而使得生产更快并且能得到更均匀地混合/分散的产品，更快的生产速度使成本降低。更均匀的复合材料使其更容易与其他材料混合。制备过程较快的温度上升时间使其在加工容器中的停留时间缩短，从而导致较低的生产成本。较快的温度上升时间导致更多的蚀刻气体在材料表面停留更长的时间，因此，温度上升时间越快，有用的蚀刻气体就会产生的越快越多，而且没用的气体产生的越少。特别是，加热PTFE(聚四氟乙烯)生成的毒性气体量大约在温度从350℃上升至500℃之间会达到最大值。在温度高于650℃时，所产生的主要气体是二氧化碳和四氟化碳。为了保证最大的安全性，在加热温度段是350-500℃区间必须快速升温。
在350-500℃之间得到的不良气体包括强劲的的化学制剂(全氟异丁烯)和四氟乙烯(包括其他不良气体)。
全氟异丁烯(PFIB，也被称为1,1,3,3,3-五氟-2(三氟甲基)丙-1-烯，是一种碳氟烯烃。它是一种疏水性，沸点为7℃的反应性气体。它是一种强电体，是光气毒性的10倍。吸入它可导致肺水肿，这可能是致命的。TFE四氟乙烯(C2F4)是一种无色无味的气体，它与空气接触时，可形成爆炸性过氧化物。它是在聚四氟乙烯上的四氟乙烯)。
另外，本发明的方法相较于先前的方法在生产每个既定的生产量时，使用了较少的氟化材料。氟化材料是在生产蚀刻纳米碳化硅过程中最为昂贵的材料。因此，所公开的复合材料能够比其它方法处理制备的组合物的成本更低。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明公开的复合材料包含特定比例的纳米碳化硅、高岭土、纳米氧化铝、碳化硅/氧化铝复合材料。
(2)本发明的生产方法也有显著不同。纳米碳化硅和纳米氧化铝的结合对制备材料有更好的性能。例如，纳米氧化铝微晶须热冲击试验显示，当温度差达到900℃时抗弯强度不变。另一方面，当温度变化大于400℃时，通常氧化铝的抗弯强度会显著降低，但是由于是复合材料参杂着纳米碳化硅，增强了韧性，并改善了抗热震性，因此，复合材料的抗弯强度改变不大。
(3)加工时间相对较短，保证其在较低的成本下连续大量的生产。
(4)所制备的材料易于与其他物质均匀复合，应用非常广泛。
(5)已知的生产方法包括将PTFE与纳米碳化硅或氧化铝混合，接着加热混合物使PTFE闪蒸到HF中，从而使HF刻蚀材料。本发明使用的高岭土阻止PTFE或其它氟化添加剂团聚。利用BHF蚀刻氧化铝的同时，作为在混合工序中的研磨剂和生产构成材料。
(6)本发明的成分都经过了预处理，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，由于成分比例恰当，没有原料的浪费，能够降低生产成本。
(7)本发明针对陶瓷材料的改性有很好的效果,在陶瓷产业的应用具有很大的前景。
(8)本发明的制备方法中，复合材料混合好，机械强度更高，具有较好的热传导特性，并且由该生产技术得到的产品比用其它方法制得的更均匀。
附图说明
图1为本发明制备工艺图；
图2为实施例1中复合材料的电子显微镜图1；
图3为实施例1中复合材料的电子显微镜图2。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，具体实施过程如下：
(1)制备长度为600nm的氧化铝正交微晶须；粉碎所述氧化铝正交微晶须至200nm；
制备长度为500nm的纳米碳化硅斜方微晶须；
制备长度为500nm表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料；
将干燥的高岭土与Na2SiF6混合。
氧化铝正交微晶须通过通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；纳米碳化硅斜方微晶须通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须通过湿法刻蚀。
(2)将97.82份的氧化铝正交微晶须与0.02份表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为0.03份的纳米碳化硅斜方微晶须中搅拌得到混合材料a；
(3)将氟化材料和掺入0.013份经过Na2SiF6处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；
(4)将混合材料a和混合材料b混合后，在800℃加热，然后到反应完成时，逐渐降温到环境温度，得到纳米碳化硅微米微晶须复合材料。得到的纳米碳化硅微米微晶须复合材料如图1。
步骤(3)中的氟化材料为四氟乙烯。
制备混合材料a的时间为3分钟，制备混合材料b的时间为10分钟。
步骤(5)中，加热时间为10分钟，急速冷却时间为8分钟。
所述纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料中，所述纳米碳化硅斜方微晶须与纳米氧化铝正交微晶须处于物理上的分离状态。
所述高岭土的纯度为99.99％。
原料的预蚀均使用缓释氢氟酸(BHF)。
BHF预蚀的纳米碳化硅直接与预蚀的纳米氧化铝及纳米碳化硅/氧化铝复合材料混合。在微电子刻蚀池中用BHF对氧化铝进行刻蚀，当出现蚀刻角度斜方晶系结构时，说明氧化层被去除。
在氟化过程中，由干高岭土和Na2SiF6作为氟化材料、掺合剂，并且能够在低温下和氟化材料进行混合。高岭土是通过混合与压缩和Na2SiF6混合的。
Na2SiF6占高岭土总质量的3％。
氟化材料占高岭土质量的4％。
实施例2
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，具体实施过程如下：
(1)制备长度为1000nm的氧化铝正交微晶须；粉碎所述氧化铝正交微晶须至700nm；
制备长度为200nm的纳米碳化硅斜方微晶须；
制备长度为1000nm表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料；
将干燥的高岭土与Na2SiF6混合，高岭土的纯度达到99.99％；
(2)将76.83份的氧化铝正交微晶须与20份表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为0.1份的纳米碳化硅斜方微晶须中搅拌均匀得到混合材料a；
(3)将氟化材料和掺入经过Na2SiF6处理的干燥的高岭土0.011份混合搅拌均匀，获得混合材料b；
(4)将混合材料a和混合材料b混合后，在850℃加热，然后到反应完成时，逐渐降温到环境温度，得到纳米碳化硅微米微晶须复合材料。
氟化材料占高岭土质量的2％。
Na2SiF6占高岭土总质量的0.06％。
制备混合材料a的时间为3分钟，制备混合材料b的时间为9分钟。
步骤(5)中，加热时间为14分钟，急速冷却时间为12分钟。
实施例3
本实施例与实施例1相同，不同点如下：
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，具体实施过程如下：
(1)制备长度为800nm的氧化铝正交微晶须；粉碎所述氧化铝正交微晶须至1000nm；
制备长度为600nm的纳米碳化硅斜方微晶须；
制备长度为300nm表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料；
将干燥的高岭土与Na2SiF6混合，高岭土的纯度达到99.99％；
(2)将80.862份的氧化铝正交微晶须与8份表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为8份的纳米碳化硅斜方微晶须中搅拌均匀得到混合材料a；
(3)将氟化材料和掺入0.005份的经过Na2SiF6处理的干燥的高岭土混合搅拌均匀，获得混合材料b；
(4)将混合材料a和混合材料b混合后，在830℃加热，然后到反应完成时，逐渐降温到环境温度，得到纳米碳化硅微米微晶须复合材料。
氟化材料占高岭土质量的4％。
Na2SiF6占高岭土总质量的2％。
制备混合材料a的时间为5分钟，制备混合材料b的时间为10分钟。
步骤(5)中，加热时间为10分钟，急速冷却时间为10分钟。
实施例4
本实施例与实施例1相同，不同点如下：
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，具体实施过程如下：
(1)制备长度为200nm的氧化铝正交微晶须；粉碎所述氧化铝正交微晶须至800nm；
制备长度为1000nm的纳米碳化硅斜方微晶须；
制备长度为500nm表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料；
将干燥的高岭土与Na2SiF6混合，高岭土的纯度达到99.99％；
(2)将51.882份的氧化铝正交微晶须与11份表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为30份的纳米碳化硅斜方微晶须中搅拌均匀得到混合材料a；
(3)将氟化材料和掺入0.007份经过Na2SiF6处理的干燥的高岭土混合搅拌均匀，获得混合材料b；
(4)将混合材料a和混合材料b混合后，在830℃加热，然后到反应完成时，逐渐降温到环境温度，得到纳米碳化硅微米微晶须复合材料。
Na2SiF6占高岭土总质量的1％。
氟化材料占高岭土质量的2％。
实施例1-4所得的复合材料能够作为一种添加剂加入到另一种材料、产品或结构中，而不改变原料材料的本来性能。
表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料抗热震性的提高与穿晶断裂模式有关。因为纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料是由在常规粒径大小的碳化硅基质中分散的纳米氧化铝与纳米碳化硅/氧化铝复合材料“微米粒子”组成的，纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料比纯氧化铝更耐严重磨损。结果表明，引入纳米碳化硅所造成的磨损率的降低是由于脆性断裂导致的表面拉拔的减少，添加“微米粒子”的纳米碳化硅的主要作用是减小单个拔出物的尺寸(直径、深度)，这种情况一般认为是断裂模式的改变：由氧化铝晶间断裂变为微米复合颗粒的穿晶断裂。增加纳米氧化铝粒子的体积比例(10％)，由脆性断裂导致裂解也被抑制，这是长程的孪晶或位错的形成受到阻碍的结果。
如图1所示，是纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的电子显微镜图，这些微晶须的横向刻蚀程度很深，但是形貌并不均匀，正因如此，它能够与各种材料混合。
上述所有的实施例得到的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料都能得到下面的应用产品：
本发明产品是一种改性的陶瓷基复合材料。本发明产品能够当作陶瓷添加剂使用，该陶瓷基复合材料添加剂中包括表面刻蚀的纳米碳化硅微米微晶须复合材料。
进一步的，所述陶瓷基复合材料基质以添加剂方式由以下步骤制备：
将纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料以基质添加剂形式与传统的陶瓷基材料相混合，获得新型改性的陶瓷复合材料。所述纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料所占质量百分比为7.5-15wt％。
将本发明产品加入到涂料中制备复合涂料，该涂料为改性的陶瓷基复合涂料。该涂料包含表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到绝缘材料中制备改性绝缘材料，该绝缘材料中包含表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到耐火阻燃材料中制备改性耐火阻燃材料，该耐火阻燃材料中包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到小型热传导管线材料中制备改性小型热传导管线材料，该小型热传导管线材料中包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到电子元件中制备改性制造电子元件，该制造电子元件包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到机电设备中制备改性机电设备，该机电设备包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到机械装备零配件器件中制备改性机械装备零配件器件，该机械装备零配件器件包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到医疗器械零配件中制备改性医疗器械零配件，该医疗器械包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到抗电磁波屏蔽保护板中制备改性抗电磁波屏蔽保护板，该抗电磁波屏蔽保护板包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到轻重量抗辐射隔离材料中制备改性轻重量抗辐射隔离材料，该轻重量抗辐射隔离材料包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
将本发明产品加入到金属基复合材料添加剂中制备改性金属基复合材料添加剂，添加于金属基复合材料中，其中，金属材料为基质，其他项目都是添加材料，该添加剂包含上述实施例描述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
金属基质分为：(i)结构上应用：结构金属基质复合材料。基质是任何一种以下的金属之一︰铝、镁、钛。(ii)高温上应用：高温金属基质复合材料。金属材料基质是钴或钴镍合金。
添加剂以增强材料的方式被嵌入到一个金属基质复合材料矩阵中。增强材料通过加固、强化复合来改变材料物理性能如耐磨性、摩擦系数或热导率。强化为连续性的或非连续性的。非连续性的增强金属基复合材料是等向性的，采用标准金属加工技术，如挤压、锻造或滚动来加工。此外，也能够采用传统的技术工具，如多晶金刚石模具(PCD)来被加工。非连续性的骨架材料是晶须或微晶须的氧化铝和碳化硅。
金属基复合材料有耐火阻燃的特性，能够在范围广的温度下使用和操作，同时因为不吸收水分的特性，故有更好的导电性和导热性、耐辐射损伤。
本发明公开的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，使得制成最终的涂层材料拥有更好的机械性能和热学性能。
在深海环境中，材料通常的寿命只有2-3年。采用本发明公开的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料制备的复合泡沫材料，依据本发明公开的方法制备的复合泡沫材料在增强其机械性能和热承的保护下具有更长的使用寿命。
本发明的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料相比于原始纳米碳化硅展现出更高的热稳定性和耐冲击性。除此之外，与原始纳米碳化硅相比，该复合材料还具有不减弱维度，导电性，电阻率，介电性能，抗压强度和密度不衰减的特征。因此，此次披露的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料能够很容易地用于许多产品取代当前由纳米氧化铝或纳米碳化硅材料制造的装置。
纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料被用于高温高功率电子元件及其组件的制造，不仅限于11kV-25kV高电压，低电容变压器测试台或二硼化锆装置。
通常在保持电学性能及机械性能的同时，高功率电子元件尺寸尽可能的小。将此纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料用于电子装置，而本发明的材料会很薄且小，在增加强度的同时并无太大质量的增加。
本发明纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能够适于许多微波及波导方面的应用，而且还能够用于要求高电阻率及高介电强度的低陶瓷技术应用中，比如高压绝缘体和火花塞。
本发明纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能够和未经处理的氧化铝掺杂，作为氧化物混合器而用于大气压电浆焰还原加工，也能够用于PVD，CVD及低压真空等离子溅射。此应用显示了该复合材料对于降低等离子体喷涂工件过程的接触时间方面有着很好的潜力。目前已知，当考虑可重复性的散件加工时其热分布性质会更具规律性和一致性时，同时喷涂时间会减少25-28％。喷涂时间的减少会大大提高每次班组的喷涂件数量，这就提高了机器使用率同时降低了生产成本。
另外，本发明的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能与未处理的氧化铝或氧化铝复合材料混合作为复合结构元件用于特殊轴承、医疗植入体或类似装置。例如，在航空航天应用领域，高强度重量轻十分重要。经此复合材料增强的陶瓷结构强度大约为未经增强的氧化铝或氧化铝复合材料的1.85-2倍。
另外，本发明的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能与未处理的氧化铝或氧化铝复合材料混合以用于高分子涂层材料(如聚氨酯阻挡涂层)。实验室基线测试(如硬度及泰伯耗损测试)表明，加入该纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的涂层的使用寿命较未加该复合材料的涂层要长很多。例如，向木地板的高分子涂层中加入重量为5％的氧化铝复合材料与简单的加入氧化铝相比，其涂层强度及使用寿命提高了10倍。
本发明的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能够和不同的橡胶成分及橡胶复合材料混合。例如，其与氢化丁腈橡胶(HNBR)掺杂而用于像石油生产井下防爆密封件、和用于飞机以及和高性能引擎中等的高速旋转式或高速回复式高温密封件。
经纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料处理的HNBR防爆密封件(BOP)密封件较未经处理的防爆密封件要增加3倍或3倍以上的使用寿命。例如，一系列的测试表明，相较于一般的钻管通过100,000英尺推拉就会磨损的防爆密封件，经纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料处理过的防爆密封件能够让钻管推拉通过超过295.000英尺，提升了1.9倍。研究结果表明，经处理的氢化丁腈橡胶表面的基于摩擦性的耐磨性整体上提升了3倍，转轴密封件的磨损减少了70％，且减少了70％的粘滑测试时间。
向柔性聚氨酯(TPU)中加入体积比为1.5％或小于1.5％的此复合材料会使其工作寿命显著提高，如柔性软管在疲劳前的柔性循环次数能够显著提升3.5％以上。同样，此次公开的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能够加入到TPU涂层中，而使其性能得到显著提升，特别是能够提高涂料在使用中的抗磨损性能。例如，基于使用数据，加入5％的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料能使其材料的磨损降低一半，加入10％的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料会使材料磨损进一步的减少12％-15％。
同样地，纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料还能掺合浇铸聚氨酯(C-PU)，比如在旋液分离器的接口，能够在旋液分离操作中减少一半的材料磨损。
在环氧树脂和乙烯树脂凝胶涂层中，纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的加入也能够表現出操作过程中材料抗磨损的特性。在这个操作中，采用纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的涂层部分的材料减少高达42％的磨损。将纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料与其他任意一种基质或材料混合来增强其材料强度、耐用度、摩擦特性、热力学特性或它的其他任何特性保持用于其它用途均在专利的应用范围之内。
本发明介绍的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的组成比率能够有变化，这样能够在不改变复合材料成分基本性质情况下来实现特定性能。尤其是纳米氧化铝与纳米碳化硅的比例能够改变来实现所选择的性能特性而不改变该组合物的基本性质。
其中，在没有偏离发明的精神和范畴情况下，形式的改变以及元素排列的细节都在本专利权利要求的限定范围内。这里所有的引用均是通过参考纳入其发明的整体。

Claims (19)

1.一种表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，以重量份数计，原料组成如下：
纳米氧化铝正交微晶须51-99.99份；
纳米碳化硅斜方微晶须0.01-49.99份；
纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-49.99份；
所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；
高岭土0.01-0.015份，高岭土表面经过Na2SiF6处理；
氟化材料占高岭土质量的2-4％。
2.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述纳米碳化硅微晶须复合材料中，所述纳米碳化硅斜方微晶须与纳米氧化铝正交微晶须处于物理上的分离状态。
3.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述氧化铝正交微晶须的长度为：200nm-1000nm；纳米碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm；所述纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须的长度为200nm-1000nm。
4.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述高岭土的纯度为99.99％。
5.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述氟化材料为四氟乙烯或聚四氟乙烯。
6.一种权利要求1所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为的纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；
(2)在干燥的高岭土中加入Na2SiF6，对干燥的高岭土进行表面处理；
(3)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；
(4)加热混合后混合材料a和混合材料b，得到纳米碳化硅微米微晶须陶瓷基复合材料。
7.根据权利要求6所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，
(1)粉碎所述氧化铝正交微晶须至200nm-1000nm，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm的纳米碳化硅斜方微晶须，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须；
(2)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；
(3)将干燥的高岭土与Na2SiF6混合进行表面处理；
(4)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；
(5)将混合材料a、混合材料b混合后在800-850℃加热，以产生表面刻蚀的的纳米碳化硅微晶须复合材料。
8.根据权利要求6所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，加热时间为10-15分钟，急速冷却时间为7-12分钟，冷却后的温度为30-40℃。
9.一种复合涂料，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
10.一种绝缘材料，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
11.一种耐火阻燃材料，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
12.一种小型热传导管线材料，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
13.一种电子元件，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
14.一种机电设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
15.一种机械装备零配件器件，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
16.一种医疗器械零配件，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
17.一种抗电磁波屏蔽保护板，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
18.一种轻重量抗辐射隔离材料，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
19.一种金属基复合材料，其特征在于，包括权利要求1-8任一权项所述的表面刻蚀纳米氧化铝微晶须陶瓷基复合材料。
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