[發明專利]基于硅藻土的仿鯊魚復合減阻表面的制作方法

無效

• 申請號: 201110261667.3
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102381870A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 韓鑫;楊文;邱先慧;張珊珊
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/622
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 何新平

技術領域

本發明涉及仿生技術領域，具體涉及一種減阻表面的制作方法。

背景技術

鯊魚是海洋中的游泳健將，其在水中的巡游速度約為5kph，在追捕獵物時可瞬時爆發到70kph。鯊魚的高游速除了與其標準的流線型形體有關外，還與其特殊的微米級鱗片溝槽結構以及它體表分泌的粘液關系密切，兩者的復合作用稱為“鯊魚皮效應”。當前，模仿鯊魚表皮減阻機理、制造高逼真仿鯊魚復合減阻表面已成為國內外研究的熱點，在水下航行器和長輸管道減阻領域具有重要的應用價值。

另外，硅藻是最重要的浮游類微生物之一，種類多、數量大、分布極其廣泛。硅藻不僅形態多樣，常見的有球形、盤形、圓筒形、桿形、舟形等，而且有著特殊的材質和結構。在材質上，硅藻殼體的主要化學成份是二氧化硅；在結構上，單體硅藻大小在幾微米到幾十微米間，由上、下殼面構成，殼體內部擁有空腔結構，殼體表面布滿納米級微孔。

硅藻土是硅藻的古代殘骸沉積物生成的硅質沉積巖，主要由古代硅藻及其它微生物(放射蟲、海綿等)的硅質遺骸組成，主要化學成份是二氧化硅。硅藻土在自然界中作為礦產大量存在，因而來源廣泛、價格低廉。由于硅藻土具有細膩、質輕、孔隙度大、吸附性和滲透性強、化學性質穩定、耐磨、耐熱、有一定強度等特點，是一種具有重要應用價值的材料。

發明內容

本發明的目的在于，提供基于硅藻土的仿鯊魚復合減阻表面的制作方法，以解決上述技術問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

基于硅藻土的仿鯊魚復合減阻表面的制作方法，包括1)硅藻土預處理工藝，制得硅藻土混合物；2)硅藻土濾篩工藝，制得硅藻土混合物；3)硅藻土濕坯制作工藝，其特征在于，還包括如下步驟：

4)高逼真仿鯊魚鱗片溝槽形貌復制成型：

(A)采用生物表皮復制模板的復制方法復制出金屬材質為鎳、厚度為2.5mm～3.5mm的鎳質仿鯊魚鱗片溝槽陰模板；

(B)將鎳質仿鯊魚鱗片溝槽陰模板在室溫條件下放入去離子水中，在功率為800W～1200W、工作頻率為30KHz～50KHz的條件下超聲清洗10min～20min，然后烘干待用；

5)仿鯊魚鱗片溝槽形貌約束下的硅藻土燒結固化直接成型：

(A)將4)制得的鎳質仿鯊魚鱗片溝槽陰模板的有鱗面朝上置于高溫燒結爐內的燒結爐基座上，然后將3)制得的硅藻土濕坯倒扣在鎳質仿鯊魚鱗片溝槽陰模板的有鱗面上；

(B)在1050℃～1150℃溫度范圍內進行恒溫燒結處理1.5h～2.5h，緩慢降至室溫后進行脫模，即得到硅藻土固化表面；

(C)室溫條件下將脫模后的硅藻土固化表面浸入去離子水中，在功率為800W～1200W、工作頻率為30KHz～50KHz的條件下超聲清洗10min～20min，然后用N2吹干，即得到基于硅藻土的仿鯊魚復合減阻表面。

本發明通過高溫燒結固化的方式將硅藻土固化成多孔表面并直接在其上復制仿鯊魚鱗片形貌的方法，經高溫燒結后的硅藻土固化表面，其固化強度在30MPa～40MPa，孔隙度在40％～60％。采用該方法所制作的仿鯊魚復合減阻表面，其形貌逼真度在65％～75％。所制作的仿鯊魚復合減阻表面不僅具有高逼真微米級仿鯊魚鱗片溝槽形貌，能夠發揮仿鯊魚鱗片溝槽的減阻功能，而且還具有硅藻殼體的納米級多孔微結構，能夠同時發揮仿鯊魚緩釋自潤滑粘液的減阻功能。從而實現提高水下航行器和長距離油氣輸送管道減阻能力的目的。

步驟5)中，為便于脫模，事先在鎳質仿鯊魚鱗片溝槽陰模板的有鱗面上涂敷一層質量百分比濃度為80％的氮化硼水溶液。

步驟1)中，硅藻土預處理工藝可以采用常用的預處理方法，也可以采用如下硅藻土預處理步驟：

(A)室溫條件下，將硅藻土在質量百分比濃度為1.5％～3.5％的HF溶液中浸泡處理3min～5min，然后使用5μm～20μm的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物；

(B)將所述第一硅藻土混合物在溫度為80℃～90℃條件下，在NH4、H2O2、H2O混合液(1∶2∶7)中浸泡處理10min～20min，然后使用5μm～20μm的濾布進行過濾，得到第二硅藻土混合物；

(C)將所述第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W～1200W、工作頻率為30KHz～50KHz的條件下，超聲清洗10min～20min，然后使用5μm～20μm的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物。