CN115417683A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115417683A CN115417683A CN202210812527.9A CN202210812527A CN115417683A CN 115417683 A CN115417683 A CN 115417683A CN 202210812527 A CN202210812527 A CN 202210812527A CN 115417683 A CN115417683 A CN 115417683A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxide
- ceramic matrix
- matrix composite
- stirring
- continuous filament
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 20
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 19
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 24
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 23
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 14
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 claims description 14
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 14
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 claims description 10
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O ammonium group Chemical group [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 8
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 8
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 7
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 4
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N butan-2-ol Chemical compound CCC(C)O BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N propan-2-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- UAEJRRZPRZCUBE-UHFFFAOYSA-N trimethoxyalumane Chemical compound [Al+3].[O-]C.[O-]C.[O-]C UAEJRRZPRZCUBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BGGIUGXMWNKMCP-UHFFFAOYSA-N 2-methylpropan-2-olate;zirconium(4+) Chemical compound CC(C)(C)O[Zr](OC(C)(C)C)(OC(C)(C)C)OC(C)(C)C BGGIUGXMWNKMCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical group CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JPUHCPXFQIXLMW-UHFFFAOYSA-N aluminium triethoxide Chemical compound CCO[Al](OCC)OCC JPUHCPXFQIXLMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 2
- BSDOQSMQCZQLDV-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] BSDOQSMQCZQLDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C=C FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ACCCMOQWYVYDOT-UHFFFAOYSA-N hexane-1,1-diol Chemical compound CCCCCC(O)O ACCCMOQWYVYDOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007603 infrared drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- XPGAWFIWCWKDDL-UHFFFAOYSA-N propan-1-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCC[O-].CCC[O-].CCC[O-].CCC[O-] XPGAWFIWCWKDDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 2
- ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N tetrapropyl silicate Chemical compound CCCO[Si](OCCC)(OCCC)OCCC ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N tri(butan-2-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-] WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MYWQGROTKMBNKN-UHFFFAOYSA-N tributoxyalumane Chemical compound [Al+3].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] MYWQGROTKMBNKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QHUNJMXHQHHWQP-UHFFFAOYSA-N trimethylsilyl acetate Chemical compound CC(=O)O[Si](C)(C)C QHUNJMXHQHHWQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 16
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- LQFNMFDUAPEJRY-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);phosphate Chemical compound [La+3].[O-]P([O-])([O-])=O LQFNMFDUAPEJRY-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002468 ceramisation Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000007613 slurry method Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62844—Coating fibres
- C04B35/62881—Coating fibres with metal salts, e.g. phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/447—Phosphates or phosphites, e.g. orthophosphate, hypophosphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/522—Oxidic
- C04B2235/5228—Silica and alumina, including aluminosilicates, e.g. mullite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6567—Treatment time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/666—Applying a current during sintering, e.g. plasma sintering [SPS], electrical resistance heating or pulse electric current sintering [PECS]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明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‑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。与现有技术相比，本发明有效提升了复合材料的力学性能，且复合材料制备流程短、工艺简单、孔隙率高。
Description
技术领域
本发明属于连续长丝增强陶瓷复合材料制备技术领域，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。
背景技术
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。
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。
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-凝胶法；另一类是以氧化物陶瓷粉末作为原料，称为浆料法。
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-凝胶化-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-凝胶化-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-干燥-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。
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。
发明内容
本发明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。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明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：
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。
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。
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。
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-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-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。
进一步地，S1中，所述磷酸铝含量为10～30wt％；
所述分散液的pH为3～4；
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。
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；
所述二维编织物为平纹、斜纹或缎纹机织物。
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；
所述退火工艺为：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。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；
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-0.006～-0.01Mpa浸渍时间为1～2h。
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。
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。
进一步地，S3中，所述氧化物粉体粒径为100～300nm；
所述氧化物的含量为40-75wt％；
所述粘结剂含量为氧化物粉体的3-6wt％。
进一步地，S3中，所述浆料粘度为40-200mPa·s，Zeta电位为-30～10mV；
所述调节浆料pH时所使用的酸为1mol/L盐酸，碱为1mol/L氨水。
进一步地，S3中，所述多级逆向搅拌具体工艺为：在溶液中设置3个搅拌中心，其中，设溶液高度为X，所述3个搅拌中心分别为：距离上液面距离0.25X处的一级搅拌中心A、距离上液面距离0.5X处的二级搅拌中心B、距离上液面距离0.75X处的三级搅拌中心C；
所述3个搅拌中心的转速为300～1000rad/min；所述A、C两个搅拌中心旋转方向与搅拌中心B的相反。
进一步地，S4中，所述超声波辅助高压涂覆工艺条件为：超声波频率为28～40kHz，11～25MPa。
进一步地，S4中，所述干燥固化工艺为临界干燥、冷冻干燥、真空干燥、喷雾干燥、微波干燥和红外干燥中的一种或多种的组合。
所述氧化物浆料的陶瓷产率为40～70wt％。
进一步地，S5中，所述氧化物无机前驱体包含氧化硅、氧化铝、氧化锆三种陶瓷所对应的金属醇盐，即硅源、铝源、锆源；
所述硅源选自正硅酸四乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、乙酸三甲基硅酯或中的一种或多种组合；铝源选自异丙醇铝、三甲氧基铝、正丁醇铝、三乙醇铝、仲丁醇铝中的一种或多种组合；锆源选自正丙醇锆、正丁醇锆、异丙醇锆或叔丁醇锆中的一种或多种组合；
进一步地，S5中，所述催化剂选自盐酸、磷酸、硝酸或草酸中的一种或多种组合。
进一步地，S5中，所述无机前驱体含量为7-20wt％，催化剂含量为0.5-3wt％。
进一步地，S5中，所述复合溶剂为醇溶剂和去离子水的复合溶剂，其中去离子水的占比为5～20wt％；
所述醇溶剂选择甲醇、乙醇、正丙醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇或己二醇中的一种或几种的组合。
进一步地，S5中，所述水解-缩聚条件为：在恒温搅拌条件下进行，其中，所述恒温条件为10～30℃，搅拌条件为300～500rad/min，反应时间为6～24h。
进一步地，S5中，所述浸渍弥补修复工艺为真空浸渍，其中所述真空条件：真空度为-0.006～-0.01Mpa，浸渍时间为1h。
进一步地，S5中，所述干燥工艺为减压真空干燥，干燥条件为：温度80～120℃，处理时间1～12h；
所述煅烧工艺为SPS放电等离子烧结炉中，煅烧条件为：温度900～1300℃，时间5-10min，压力15～50MPa；
所述氧化物溶胶的陶瓷产率为20～30wt％。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)通过改进传统的溶胶凝胶法制备纤维涂层，在复合材料中引入磷酸铝界面层，实现了复合材料的增韧和断裂模式的改善，获得了具有高断裂韧性、非脆性断裂的复合材料，提高了其结构应用的可靠性。
(2)本发明采用氧化物溶胶对复合材料粗坯进行弥补和修复，具有高致密度和低缺陷的特点，能够在高温等恶劣条件下保护纤维不易受到侵蚀，从而有利于改善复合材料的高温性能。
(3)本发明的制备方法具有制备流程短、设备简单，可规模化应用，具有较好的普适性。
附图说明
图1为实施例2中制得的氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的断面微观形貌
图2为实施例2中制得的氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的弯曲强度-位移曲线
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1
本实施例中氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1：将10wt％磷酸铝置于去离子水中以300rad/min速度球磨混合7h，采用调节上述均质混合分散液的pH为3，得到带正电荷的磷酸铝界面相浆料。
S2：对莫来石长丝平纹编织物进行600℃的退火处理，保温时间120min，随后浸于聚丙烯酸铵中10h；将上述预处理后的氧化硅长丝平纹编织物完全浸于步骤一中的得到的界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干后在马弗炉中以500℃的煅烧温度进行预烧结处理；所述界面相浆料为真空浸渍，参数为：真空度为-0.006Mpa浸渍时间为2h。
S3：将粒径为200nm的氧化铝粉体和聚甲基丙烯酸甲酯加入去离子水中，其中氧化铝含量为75wt％、聚甲基丙烯酸甲酯含量为氧化硅的3wt％，采用盐酸调节pH为9后对其进行多级逆向搅拌，搅拌中心A和C转速为300rad/min，搅拌中心B转速为300rad/min。设溶液高度为X，距离上液面距离0.25X处的一级搅拌中心A、距离上液面距离0.5X处的二级搅拌中心B、距离上液面距离0.75X处的三级搅拌中心C；所述A、C两个搅拌中心旋转方向与搅拌中心B的相反，最终获得均匀稳定的氧化铝陶瓷浆料。
S4：采用超声频率为28kHz、压力为25MPa的超声波辅助高压涂覆工艺，将步骤三获得的氧化铝陶瓷浆料均匀负载在步骤二中得到的莫来石长丝表面，经临界干燥固化后得到莫来石连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料框架。所述氧化物浆料的陶瓷产率为67.7wt％。
S5：将异丙醇铝、盐酸加入去离子水和乙醇复合溶剂中，其中，异丙醇铝含量为7wt％，盐酸剂含量为0.5wt％，去离子水的占比为复合溶剂的5wt％；随后在10℃的温度下，以300rad/min的转速均匀搅拌6h使其进行水解-缩聚反应，获得均相透明的氧化铝溶胶；然后采用氧化铝溶胶对步骤四中得到的莫来石连续长丝增强复合材料框架中的微缺陷进行2h的浸渍弥补修复，最后在80℃的温度下干燥处理4h，经煅烧工艺获得孔隙率低、缺陷少的莫来石连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料；所述煅烧条件为：温度900℃，时间5min，压力15MPa；所述氧化物溶胶的陶瓷产率为21.7wt％。
实施例2
本实施例中氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1：将15wt％磷酸铝置于去离子水中以350rad/min速度球磨混合6h，采用调节上述均质混合分散液的pH为3，得到带正电荷的磷酸铝界面相浆料。
S2：对氧化铝长丝斜纹编织物进行700℃的退火处理，保温时间30min，随后浸于聚丙烯酸铵中16h；将上述预处理后的氧化铝长丝斜纹编织物完全浸于S1中的得到的界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干后在马弗炉中以600℃的煅烧温度进行预烧结处理；所述界面相浆料为真空浸渍，参数为：真空度为-0.007Mpa浸渍时间为1.5h。
S3：将粒径100nm氧化铝粉体和聚乙烯醇缩丁醛加入去离子水中，其中氧化铝质量分数为60wt％、聚乙烯醇缩丁醛含量为氧化硅的4wt％，采用盐酸调节pH为8后对其进行多级逆向搅拌，对其进行多级逆向搅拌，搅拌中心A和C转速为500rad/min，搅拌中心B转速为400rad/min。设溶液高度为X，距离上液面距离0.25X处的一级搅拌中心A、距离上液面距离0.5X处的二级搅拌中心B、距离上液面距离0.75X处的三级搅拌中心C；所述A、C两个搅拌中心旋转方向与搅拌中心B的相反，最终获得均匀稳定的氧化硅陶瓷浆料。
S4：采用超声频率为32kHz、压力为20MPa的超声波辅助高压涂覆工艺，将步骤三获得的氧化铝陶瓷浆料均匀负载在步骤二中得到的氧化铝长丝表面，经冷冻干燥固化后得到氧化铝连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料框架。所述氧化物浆料的陶瓷产率为55.3wt％。
S5：将三甲氧基铝、草酸加入去离子水和乙醇复合溶剂中，其中，异丙醇铝含量为12wt％，盐酸剂含量为1wt％，去离子水的占比为复合溶剂的10wt％；随后在20℃的温度下，以350rad/min的转速均匀搅拌12h使其进行水解-缩聚反应，获得均相透明的氧化铝溶胶；然后采用氧化铝溶胶对步骤四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6h的浸渍弥补修复，最后在90℃的温度下干燥处理6h，经煅烧工艺获得孔隙率低、缺陷少的氧化铝连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料；所述煅烧条件为：温度1100℃，时间7min，压力25MPa；所述氧化物溶胶的陶瓷产率为23.6wt％。图1为制得的氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的断面微观形貌；图2为制得的氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的弯曲强度-位移曲线。
实施例3
本实施例中氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1：将20wt％磷酸铝置于去离子水中以400rad/min速度球磨混合5h，采用调节上述均质混合分散液的pH为3，得到带正电荷的磷酸铝界面相浆料。
S2：对氧化锆长丝缎纹编织物进行650℃的退火处理，保温时间60min，随后浸于聚丙烯酸铵中20h；将上述预处理后的氧化锆长丝缎纹编织物完全浸于S1中的得到的界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干后在马弗炉中以700℃的煅烧温度进行预烧结处理；所述界面相浆料为真空浸渍，参数为：真空度为-0.008Mpa浸渍时间为1h。
S3：将粒径300nm氧化铝粉体和聚乙烯醇加入去离子水中，其中氧化锆硅质量分数为50wt％、聚乙烯醇含量为氧化硅的5wt％，采用盐酸调节pH为9后对其进行多级逆向搅拌，对其进行多级逆向搅拌，搅拌中心A和C转速为700rad/min，搅拌中心B转速为1000rad/min。设溶液高度为X，距离上液面距离0.25X处的一级搅拌中心A、距离上液面距离0.5X处的二级搅拌中心B、距离上液面距离0.75X处的三级搅拌中心C；所述A、C两个搅拌中心旋转方向与搅拌中心B的相反，最终获得均匀稳定的氧化铝陶瓷浆料。
S4：采用超声频率为36kHz、压力为15MPa的超声波辅助高压涂覆工艺，将步骤三获得的氧化铝陶瓷浆料均匀负载在步骤二中得到的氧化锆长丝表面，经真空干燥固化后得到氧化锆连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料框架。所述氧化物浆料的陶瓷产率为49.2wt％。
S5：将正丁醇铝、硝酸加入去离子水和乙醇复合溶剂中，其中，异丙醇铝含量为16wt％，盐酸剂含量为2wt％，去离子水的占比为复合溶剂的15wt％；随后在25℃的温度下，以400rad/min的转速均匀搅拌18h使其进行水解-缩聚反应，获得均相透明的氧化铝溶胶；然后采用氧化铝溶胶对步骤四中得到的氧化锆连续长丝增强复合材料框架中的微缺陷进行8h的浸渍弥补修复，最后在100℃的温度下干燥处理8h，经煅烧工艺获得孔隙率低、缺陷少的氧化锆连续长丝增强氧化铝陶瓷基复合材料；所述煅烧条件为：温度1200℃，时间9min，压力35MPa；所述氧化物溶胶的陶瓷产率为27.1wt％。
实施例4
本实施例中氧化物连续长丝增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1：将30wt％磷酸铝置于去离子水中以500rad/min速度球磨混合4h，采用调节上述均质混合分散液的pH为3，得到带正电荷的磷酸铝界面相浆料。
S2：对氧化铝长丝斜纹编织物进行650℃的退火处理，保温时间120min，随后浸于聚丙烯酸铵中24h；将上述预处理后的氧化铝长丝平纹编织物完全浸于S1中的得到的界面相浆料中，随后取出垂直悬挂晾干后在马弗炉中以800℃的煅烧温度进行预烧结处理；所述界面相浆料为真空浸渍，参数为：真空度为-0.001Mpa浸渍时间为0.5h。
S3：将粒径200nm氧化锆粉体和聚甲基丙烯酸甲酯加入去离子水中，其中氧化铝质量分数为45wt％、聚甲基丙烯酸甲酯含量为氧化硅的6wt％，采用盐酸调节pH为2后对其进行多级逆向搅拌，对其进行多级逆向搅拌，搅拌中心A和C转速为1000rad/min，搅拌中心B转速为700rad/min。设溶液高度为X，距离上液面距离0.25X处的一级搅拌中心A、距离上液面距离0.5X处的二级搅拌中心B、距离上液面距离0.75X处的三级搅拌中心C；所述A、C两个搅拌中心旋转方向与搅拌中心B的相反，最终获得均匀稳定的氧化锆陶瓷浆料。
S4：采用超声频率为40kHz、压力为11MPa的超声波辅助高压涂覆工艺，将步骤三获得的氧化锆陶瓷浆料均匀负载在步骤二中得到的氧化铝长丝表面，经微波干燥固化后得到氧化铝连续长丝增强氧化锆陶瓷基复合材料框架。所述氧化物浆料的陶瓷产率为41.3wt％。
S5：将异丙醇锆、盐酸加入去离子水和乙醇复合溶剂中，其中，异丙醇铝含量为20wt％，盐酸剂含量为3wt％，去离子水的占比为复合溶剂的20wt％；随后在30℃的温度下，以500rad/min的转速均匀搅拌24h使其进行水解-缩聚反应，获得均相透明的氧化铝溶胶；然后采用氧化锆溶胶对步骤四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12h的浸渍弥补修复，最后在120℃的温度下干燥处理12h，经煅烧工艺获得孔隙率低、缺陷少的氧化铝连续长丝增强氧化锆陶瓷基复合材料；所述煅烧条件为：温度1300℃，时间10min，压力50MPa；所述氧化物溶胶的陶瓷产率为29.6wt％。
对比例1
公开号CN105254320A的中国专利文献公开了连续氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法，该制备方法先利用有机陶瓷前驱体溶液作为溶剂与陶瓷粉体配制料浆，然后将料浆涂刷于氧化物纤维织物表面制备氧化物纤维预浸料，经反复叠层-模压-烧结处理，以及有机陶瓷前驱体反复浸渍-裂解过程获得连续纤维增强陶瓷基复合材料。
对比例1与本方案中的实施例相比，该制备方法需重复5～7次浸渍-裂解过程，制备周期长、效率低；且未进行氧化物纤维的界面改性处理，易产生强界面，造成复合材料力学性能不足；此外，该专利未提及复合材料的力学性能。
对比例2
公开号为CN114409420A的中国专利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％)。
对比例1与本方案中的实施例相比，该方法仍需行4～6次浸渍-干燥-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。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
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-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-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-0.006～-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40-75wt％，所述粘结剂含量为氧化物粉体的3-6wt％；
S3中得到的浆料粘度为40-200mPa·s，Zeta电位为-30～10mV；
调节浆料pH时所使用的酸为1mol/L盐酸，碱为1mol/L氨水。
6.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，所述多级逆向搅拌具体工艺为：在溶液中设置3个搅拌中心，其中，设溶液高度为X；
3个搅拌中心分别为：距离上液面距离0.25X处的一级搅拌中心A、距离上液面距离0.5X处的二级搅拌中心B、距离上液面距离0.75X处的三级搅拌中心C；
3个搅拌中心的转速均为300～1000rad/min，且使得A、C两个搅拌中心旋转方向与搅拌中心B的相反。
7.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，S4中，所述超声波辅助高压涂覆工艺的条件为：超声波频率为28～40kHz，11～25MPa；
所述干燥固化的工艺为临界干燥、冷冻干燥、真空干燥、喷雾干燥、微波干燥和红外干燥中的一种或多种的组合。
8.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，S5中，所述氧化物无机前驱体包含氧化硅、氧化铝、氧化锆三种陶瓷所对应的金属醇盐，即硅源、铝源、锆源；所述硅源选自正硅酸四乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、乙酸三甲基硅酯或中的一种或多种组合；
铝源选自异丙醇铝、三甲氧基铝、正丁醇铝、三乙醇铝、仲丁醇铝中的一种或多种组合；
锆源选自正丙醇锆、正丁醇锆、异丙醇锆或叔丁醇锆中的一种或多种组合；
所述催化剂选自盐酸、磷酸、硝酸或草酸中的一种或多种组合；
所述无机前驱体含量为7-20wt％，催化剂含量为0.5-3wt％。
9.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，S5中，所述复合溶剂为醇溶剂和去离子水的复合溶剂，其中去离子水的占比为5～20wt％；所述醇溶剂选择甲醇、乙醇、正丙醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇或己二醇中的一种或几种的组合。
10.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，S5中，所述水解-缩聚条件为：在恒温搅拌条件下进行，其中，所述恒温条件为10～30℃，搅拌条件为300～500rad/min，反应时间为6～24h；
所述浸渍弥补修复工艺为2～3次真空浸渍，其中所述真空条件：真空度为-0.006～-0.01Mpa，浸渍时间为1h；
所述干燥工艺为减压真空干燥，干燥条件为80～120℃，1～12h；
所述煅烧工艺为SPS放电等离子烧结炉中，煅烧条件为900～1300℃，5-10min，15～50MPa；
所述氧化物溶胶的陶瓷产率为20～30wt％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210812527.9A CN115417683A (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210812527.9A CN115417683A (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115417683A true CN115417683A (zh) | 2022-12-02 |
Family
ID=84196195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210812527.9A Pending CN115417683A (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115417683A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116332665A (zh) * | 2023-03-08 | 2023-06-27 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种含低模界面的氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1880984A2 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-23 | The Boeing Company | Oxide-based ceramic matrix composites |
| TW201221364A (en) * | 2010-10-14 | 2012-06-01 | Nichias Corp | Heat insulator and method of producing the same |
| CN202527103U (zh) * | 2012-05-16 | 2012-11-14 | 大庆市昌盛达建材有限公司 | 多级逆向搅拌均料装置 |
| CN202983562U (zh) * | 2012-12-03 | 2013-06-12 | 龙星化工股份有限公司 | 一种白炭黑滤饼搅拌液化装置 |
| CN104368284A (zh) * | 2013-08-13 | 2015-02-25 | 确成硅化学股份有限公司 | 液化器 |
| CN105254320A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-20 | 中航复合材料有限责任公司 | 连续氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN106621919A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-05-10 | 新乡市金鑫化工设备有限责任公司 | 套轴逆向搅拌罐 |
| CN106699209A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-24 | 中航复合材料有限责任公司 | 连续氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN107382379A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-24 | 北京玻钢院复合材料有限公司 | 具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法 |
| CN110282993A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-09-27 | 山东道普安制动材料有限公司 | 一种含界面相的陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN113135740A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-07-20 | 华南理工大学 | 一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113999056A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-01 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种连续氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的修复方法 |
| CN114409420A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-29 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 氧化铝纤维增强莫来石陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN114455961A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-05-10 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 含莫来石界面层的氧化铝纤维增强陶瓷复合材料制备方法 |
| CN114560714A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-31 | 宁波杭州湾新材料研究院 | 一种纤维增韧陶瓷基复合材料及其制备方法与应用 |
-
2022
- 2022-07-11 CN CN202210812527.9A patent/CN115417683A/zh active Pending
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1880984A2 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-23 | The Boeing Company | Oxide-based ceramic matrix composites |
| TW201221364A (en) * | 2010-10-14 | 2012-06-01 | Nichias Corp | Heat insulator and method of producing the same |
| CN202527103U (zh) * | 2012-05-16 | 2012-11-14 | 大庆市昌盛达建材有限公司 | 多级逆向搅拌均料装置 |
| CN202983562U (zh) * | 2012-12-03 | 2013-06-12 | 龙星化工股份有限公司 | 一种白炭黑滤饼搅拌液化装置 |
| CN104368284A (zh) * | 2013-08-13 | 2015-02-25 | 确成硅化学股份有限公司 | 液化器 |
| CN105254320A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-20 | 中航复合材料有限责任公司 | 连续氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN106621919A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-05-10 | 新乡市金鑫化工设备有限责任公司 | 套轴逆向搅拌罐 |
| CN106699209A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-24 | 中航复合材料有限责任公司 | 连续氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN107382379A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-24 | 北京玻钢院复合材料有限公司 | 具有磷酸铝涂层的陶瓷纤维的制备方法 |
| CN110282993A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-09-27 | 山东道普安制动材料有限公司 | 一种含界面相的陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN113135740A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-07-20 | 华南理工大学 | 一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113999056A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-01 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种连续氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的修复方法 |
| CN114455961A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-05-10 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 含莫来石界面层的氧化铝纤维增强陶瓷复合材料制备方法 |
| CN114409420A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-29 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 氧化铝纤维增强莫来石陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN114560714A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-31 | 宁波杭州湾新材料研究院 | 一种纤维增韧陶瓷基复合材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 尹邦跃等: "《陶瓷核燃料工艺》", 哈尔滨工程大学出版社, pages: 180 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116332665A (zh) * | 2023-03-08 | 2023-06-27 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种含低模界面的氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106904952B (zh) | 一种耐高温高强氧化铝纤维增强复合材料及其制备方法 | |
| CN106699209B (zh) | 连续氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN109384470B (zh) | 一种c/c复合材料的快速制备方法 | |
| CN110282993B (zh) | 一种含界面相的陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN103922778B (zh) | 三维氧化铝纤维织物增强氧化物陶瓷及其制备方法 | |
| CN112341235B (zh) | 超高温自愈合陶瓷基复合材料的多相耦合快速致密化方法 | |
| CN105254320A (zh) | 连续氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN104261850A (zh) | 一种耐高温透波氮化硅纤维增强复合材料及其制备方法 | |
| CN102515870A (zh) | 一种C/SiC-ZrB2-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN109437943B (zh) | 一种Cf/C-SiC-ZrB2复合材料及其制备方法 | |
| CN114409420B (zh) | 氧化铝纤维增强莫来石陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| WO2023103209A1 (zh) | 一种改性碳纤维增韧氧化铝自愈合陶瓷的制备方法 | |
| CN108484173B (zh) | SiCf/SiC复合材料及其制备方法 | |
| CN111996473A (zh) | 一种变结构超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN111454071B (zh) | 岩棉纤维增强氧化硅基高强度隔热复合材料及其制备方法 | |
| CN110938281B (zh) | 一种改性碳纤维增强酚醛树脂基复合材料及其制备 | |
| CN109608218B (zh) | 一种自愈合陶瓷基复合材料及其低温快速制备方法 | |
| CN115417683A (zh) | 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 | |
| CN113698219A (zh) | 一种氮化硅纤维增强陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN110304932B (zh) | 一种具有HfB2界面的Cf/SiC复合材料的制备方法 | |
| CN113800837B (zh) | 连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法 | |
| CN115196984B (zh) | 三维编织含界面相的氧化铝纤维增强氧化物陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN106966743B (zh) | 一种连续纤维增强热结构材料复合界面层的制备方法 | |
| CN113831102B (zh) | 连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法 | |
| CN115849928A (zh) | 一种含有磷酸镧界面层的注凝成型的氧化铝纤维增强复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221202 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |