[發明專利]一種基于紅柳的仿生抗沖蝕復合材料增強相的制備方法

有效

• 申請號: 201310751260.8
• 申請日: 2013-12-29
• 公開（公告）號: CN103739287A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 韓志武;尹維;張俊秋;陳道兵;封海龍;牛士超;劉慶萍;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/565;C04B38/00;C04B35/622
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種仿生抗沖蝕材料制備方法，特別涉及一種基于沙漠紅柳的仿生抗沖蝕復合材料增強相的制備方法。

技術背景

沖蝕磨損是磨損的一種，廣泛存在于現代工業生產中，如礦山、電廠等灰漿泵過流部件和管道及閥門的磨損。這些易磨損件在工作過程中不僅要承受固體粒子的沖蝕與切削作用，而且還要承受液體介質的腐蝕作用及高溫的作用，工作環境極其惡劣，因而使這些耐磨件的使用壽命較低。為了追求更高品質的抗沖蝕材料，人們進行了各種各樣的探索和研究。抗沖蝕材料制備的方法有很多：一，可以采用復合材料，例如申請號為“200810031088.8”、發明名稱為“一種用于水輪機過流部件的耐沖蝕材料”的發明專利，以超高分子量聚乙烯為主要原料，加入納米二氧化硅改性制得用于水輪機過流部件的耐沖蝕復合材料；以及申請號為“201110306220.3”、發明名稱為“一種Al₂O₃顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法”的發明專利，通過把不同粒度的Al₂O₃顆粒很好的鑲嵌在鋼基體中制備低應力磨料沖蝕磨損工況下使用的表面復合耐磨材料；二，采用陶瓷材料，例如申請號為“201110448103.0”、發明名稱為“一種耐高溫沖蝕磨損LnMgAl₁₁O₁₉-ZrO₂復相陶瓷材料的制備方法”的發明專利，在氧化釔穩定的氧化鋯中添加LnMgAl₁₁O₁₉(Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd)片狀顆粒，通過調整LnMgAl₁₁O₁₉片狀顆粒的加入量，增加材料的斷裂韌性，提高耐高溫沖蝕磨損性能，經過混料、成型和高溫燒結過程制備得到；三，增強表面涂層，例如申請號為“201210166189.2”發明名稱為“一種氧化物顆粒鑲嵌的碳化硅涂層及其制備方法”的發明專利，將氧化物顆粒彌散分布在碳化硅涂層中；四，改變表面形態及添加耐磨層，例如申請號為“201310297264.3”、發明名稱為“一種齒穴防沖蝕鋼體PDC鉆頭”的發明專利，將齒穴前端沿齒穴邊緣開設穴槽，穴槽內敷焊耐磨層。

當今世界正面臨越來越嚴峻的環境問題，材料研究和生產需要消耗礦產、能源，帶來嚴重的環境污染。自然界在長期進化演變過程中，形成了各種完美獨特的化學成分、結構組態及優異性能。受自然界的啟發，材料研究者試圖揭示生物系統中的成分組成、結構特征與形成機制，從而進一步應用于材料設計與制備。為了達到不同應用性能的要求，研究者對天然材料進行了不同的工藝處理，例如，組織密實化及多孔結構優化等。這一研究領域的發展體現了人類向大自然學習層次的不斷深入，即借鑒自然界經億萬年優化的生物自身多層次、多維的本征結構和形貌作為模板，借助人工輔助處理，通過生物結構和形態的遺傳，化學組分的變異，制備既保持自然界生物精細形貌和結構，又有人為賦予特性和功能的新型材料。現有以竹子、木材和稻草等制備優異功能陶瓷材料的方法，只制備了SiC、Si/SiC/C、SiOC/C、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、SnO₂等單一陶瓷材料。

紅柳作為天然的有機高分子體，其主要成分是纖維素、半纖維素、木質素以及可提取樹脂、揮發性油類等，重要的是其生活在干旱的鹽堿地，內部含有大量的草酸鈣、碳酸鈣等成分。因此，本發明通過仿沙漠紅柳制備的仿生抗沖蝕復合材料增強相包括細小均勻分布的CaO顆粒和SiC/C陶瓷材料，能夠在一定程度上實現復合材料吸振性抗沖蝕、耐磨性抗沖蝕和增加結構抗沖蝕，同時減小環境負擔，具有環境協調性。

發明內容

本發明的目的是運用沙漠紅柳長期在風沙沖蝕環境中進化、優化的特殊化學成分以及多層次、多維的本征結構和形貌作為模板，制備仿生抗沖蝕復合材料的增強相材料。

本發明所采用的技術方案按照如下步驟實施：

步驟1，用氨水對干燥的紅柳進行抽提處理：

選取在干旱的鹽堿地生長的具有多孔結構的紅柳，在干燥箱中110℃的條件下干燥24h，然后用濃度為3～5%的氨水進行浸泡6～10h，撈出后用去離子水洗凈，并于干燥箱中80～90℃的條件下再次干燥24h。

步驟2，對步驟1所得紅柳利用高猛酸鉀溶液進行氧化處理：

用濃度為0.5～1.0%的高錳酸鉀溶液浸泡步驟1所得的紅柳1～6h，用去離子水清洗，并于干燥箱中80～90℃的條件下干燥24h。