CN114193588A - 一种耐高温无机浮力材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温无机浮力材料的制备方法，包括下列步骤：（1）用蒸馏水清洗空心玻璃微珠，70℃烘干4h；（2）将空心玻璃微珠和磷酸盐粘结剂以质量比3:5的比例混合，使混合物达到均一；（3）随后加入氧化铜粉，以及无机填料碳化硼粉，然后将混合物搅拌均匀；（4）将混合物倒入到六联水泥快速试模中压力成型；（5）将成型的试样经脱模后，在烘箱中70℃保温24h，烘干固化；（6）固化后的试样放置到高温炉中连续升温至900℃，煅烧3h，自然冷却得到耐高温的无机浮力材料，在600℃环境中性能优良。
Description
技术领域
本发明属于无机材料制备领域，尤其涉及一种耐高温无机浮力材料的制备方法。
背景技术
随着海洋开发的进一步深入，海洋装备面临的应用环境愈发恶劣，对海洋装备所需浮力材料的性能提出了更高的要求；而深海热液附近的高温环境对探测和开发设备中浮力材料的耐温性提出了更高的要求。另外，未来地球人口不断增长，漂浮在海上的城市或是浸在海中的空间站将是人类栖息的主要场所，这将需要用到大量的浮力建材。为了保证场所中人员生活生产安全，浮力建材还需要满足防火的基本要求。国内外正在研发跨介质飞行器，它是一种既能在水中航行，又能在空中飞行的飞行器。在水中航行时，跨介质飞行器需要在外面配备轻质的浮力材料来承载一定的载荷，而在空中高速飞行时，飞行器表面的材料需要具有耐温的特性以防止气动加热的热量传入机身内部。因此，需要开发出耐高温的浮力材料来满足未来跨介质飞行器的发展需求。
目前国内外所采用的浮力材料主要是树脂基的有机固体浮力材料，它是由有机树脂基体和空心陶瓷微球构成的。虽然空心陶瓷微球具有一定的耐温性，但树脂基体不耐高温，因此，浮力材料的耐温性取决于浮力材料的基体。国内外有研究者采用耐热的硅树脂、酚醛树脂等为基体来改善浮力材料的耐温性，但耐温性改善效果有限，树脂基体在高于300℃时就会发生分解，无法满足浮力材料耐温性的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种耐高温无机浮力材料的制备方法，制备出的浮力材料可实现在600℃环境中性能优良；工艺简单，易于操作。
为解决所述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种耐高温无机浮力材料的制备方法，包括下列步骤：
（1）用蒸馏水清洗空心玻璃微珠，选取漂浮于水面的部分，放置到烘箱中，70℃烘干4h；
（2）将烘干的空心玻璃微珠和磷酸盐粘结剂以质量比3:5的比例混合，使混合物达到均一；
（3）随后加入磷酸盐粘结剂的质量分数为1 wt.%的固化剂氧化铜粉，以及占空心玻璃微珠的质量分数5-15 wt.%的无机填料碳化硼粉，然后将混合物搅拌均匀；
（4）将混合物倒入到六联水泥快速试模中压力成型；
（5）将成型的试样经脱模后，在烘箱中70℃保温24h，烘干固化；
（6）固化后的试样放置到高温炉中连续升温至900℃，煅烧3h，自然冷却得到耐高温的无机浮力材料。
优化的，所述磷酸盐粘结剂为浓度98%的磷酸二氢铝溶液。
优化的，所述六联水泥快速试模规格为20×20×20mm，压力为800N。
优化的，步骤（6）中，煅烧时的升温速率为5℃/min。
优化的，所述空心玻璃微珠型号是iM30K。
应用本发明的方法，以磷酸二氢铝溶液和空心玻璃微珠为基体，以氧化铜粉为固化剂，以碳化硼粉为填料，制备耐高温的无机浮力材料。该无机浮力材料，体积密度为0.525-1.198g/cm3，抗压强度为10.80-20.38MPa，弹性模量为0.81-1.23Gpa，并且在600℃下未出现明显的塑性变形，具有良好的耐温性。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
（1）用蒸馏水清洗空心玻璃微珠，型号是iM30K，选取漂浮于水面的部分，放置到烘箱中，70℃烘干4h；
（2）将烘干的空心玻璃微珠和浓度为98%的磷酸二氢铝溶液以质量比3:5的比例混合，直到混合物达到均一；
（3）随后加入占磷酸二氢铝溶液的质量分数为1 wt.%的固化剂氧化铜粉，以及占空心玻璃微珠的质量分数5wt.%的无机填料碳化硼粉，然后将混合物搅拌均匀；
（4）将混合物倒入到20×20×20mm的六联水泥快速试模中压力成型，压力800N；
（5）将成型的试样经脱模后，在烘箱中70℃保温24h，烘干固化；
（6）固化后的试样放置到高温炉中，升温的速率为5℃/分钟，持续加热至900℃，煅烧3h，自然冷却。所得到的耐高温对材料的体积密度在0.535g/cm3，抗压强度15.23MPa，并且在600℃下未出现明显的塑性变形，具有良好的耐温性。
实施例2：
（1）用蒸馏水清洗空心玻璃微珠，型号是iM30K，选取漂浮于水面的部分，放置到烘箱中，70℃烘干4h；
（2）将烘干的空心玻璃微珠和浓度为98%的磷酸二氢铝溶液以质量比3:5的比例混合，直到混合物达到均一；
（3）随后加入占磷酸二氢铝溶液的质量分数为1 wt.%的固化剂氧化铜粉，以及占空心玻璃微珠的质量分数10 wt.%的无机填料碳化硼粉，然后将混合物搅拌均匀。
（4）将混合物倒入到20×20×20mm的六联水泥快速试模中压力成型，压力800N；
（5）将成型的试样经脱模后，在烘箱中70℃保温24h，烘干固化；
（6）固化后的试样放置到高温炉中，升温的速率为5℃/分钟，持续加热至900℃，煅烧3h，自然冷却。所得到的耐高温对材料的体积密度在0.82g/cm3，抗压强度16.32MPa，并且在600℃下未出现明显的塑性变形，具有良好的耐温性。
实施例3：
（1）用蒸馏水清洗空心玻璃微珠，型号是iM30K，选取漂浮于水面的部分，放置到烘箱中，70℃烘干4h；
（2）将烘干的空心玻璃微珠和浓度为98%的磷酸二氢铝溶液以质量比3:5的比例混合，直到混合物达到均一；
（3）随后加入占磷酸二氢铝溶液的质量分数为1 wt.%的固化剂氧化铜粉，以及占空心玻璃微珠的质量分数15 wt.%的无机填料碳化硼粉，然后将混合物搅拌均匀。
（4）将混合物倒入到20×20×20mm的六联水泥快速试模中压力成型，压力800N；
（5）将成型的试样经脱模后，在烘箱中70℃保温24h，烘干固化；
（6）固化后的试样放置到高温炉中，升温的速率为5℃/分钟，持续加热至900℃，煅烧3h，自然冷却。所得到的耐高温对材料的体积密度在1.198g/cm3，抗压强度20.82MPa，并且在600℃下未出现明显的塑性变形，具有良好的耐温性。
Claims (5)
1.一种耐高温无机浮力材料的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
（1）用蒸馏水清洗空心玻璃微珠，选取漂浮于水面的部分，放置到烘箱中，70℃烘干4h；
（2）将烘干的空心玻璃微珠和磷酸盐粘结剂以质量比3:5的比例混合，使混合物达到均一；
（3）随后加入磷酸盐粘结剂的质量分数为1 wt.%的固化剂氧化铜粉，以及占空心玻璃微珠的质量分数5-15 wt.%的无机填料碳化硼粉，然后将混合物搅拌均匀；
（4）将混合物倒入到六联水泥快速试模中压力成型；
（5）将成型的试样经脱模后，在烘箱中70℃保温24h，烘干固化；
（6）固化后的试样放置到高温炉中连续升温至900℃，煅烧3h，自然冷却得到耐高温的无机浮力材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述磷酸盐粘结剂为浓度98%的磷酸二氢铝溶液。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述六联水泥快速试模规格为20×20×20mm，压力为800N。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，煅烧时的升温速率为5℃/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述空心玻璃微珠型号是iM30K。
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