[發(fā)明專利]一種單晶藍(lán)寶石纖維在氧化鋁陶瓷復(fù)合材料中的分散方法及一種復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410846502.6
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104671813A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金磊;吳韜;維克托;馮曉野;范璐
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞深圳清華大學(xué)研究院創(chuàng)新中心
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/48;C04B35/628;C04B35/622
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44272
• 代理人: 張作林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種單晶藍(lán)寶石纖維在氧化鋁陶瓷復(fù)合材料中的分散方法及一種復(fù)合材料。

背景技術(shù)

單晶藍(lán)寶石纖維是一種具有一定長徑比的單晶氧化鋁纖維(晶須)，它與半導(dǎo)體襯底藍(lán)寶石晶圓材料用途和制備方法完全不同。高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高模量、耐強(qiáng)腐蝕是對第三代先進(jìn)復(fù)合材料的綜合要求。而單晶藍(lán)寶石纖維是目前滿足綜合要求的最佳選擇。

直徑微米級的單晶藍(lán)寶石纖維，加入到其他材料中生產(chǎn)的產(chǎn)品，就會(huì)有各種神奇的改觀。清華東莞創(chuàng)新中心成功引入西班牙“單晶藍(lán)寶石纖維規(guī)模化制備及其增強(qiáng)復(fù)合材料創(chuàng)新研究及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目及團(tuán)隊(duì)。新型復(fù)合材料是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高模量、耐強(qiáng)腐蝕是對第三代復(fù)合材料的綜合要求，而單晶藍(lán)寶石纖維是目前滿足綜合要求的最佳選擇。

?目前對復(fù)合材料的研究，現(xiàn)有美國專利US?6,905,992?B2?碳化硅晶須增強(qiáng)的陶瓷體及其制作方法。US?6,905,992?B2公開的是碳化硅陶瓷，在氧化鋁或氧化釔陶瓷中加入的是碳化硅晶須增強(qiáng)劑，制備方法為碳化硅在真空環(huán)境1500度處理60min，球磨30min，然后加入陶瓷基材氧化鋁或氧化釔，繼續(xù)球磨兩小時(shí)。

碳化硅晶須生產(chǎn)因高耗能、高污染受到能源短缺的阻礙和國家能源節(jié)約的政策影響，需要找到替代產(chǎn)品來滿足社會(huì)的需要。采用的加工方法中球磨容易使晶須斷裂，降低了復(fù)合材料的耐磨、耐高溫、耐氧化等特性。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，我們經(jīng)過研發(fā)人員的多次創(chuàng)新和改進(jìn)得出本發(fā)明，而且本發(fā)明得到廣東省引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助（項(xiàng)目編號：2013C099）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單晶藍(lán)寶石纖維在氧化鋁陶瓷復(fù)合材料中的分散方法，可以較為環(huán)保的生產(chǎn)高強(qiáng)度耐高溫復(fù)合材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種單晶藍(lán)寶石纖維在氧化鋁陶瓷復(fù)合材料中的分散方法，包括：a、涂層凝膠的制備；b、單晶藍(lán)寶石纖維表面涂層處理；?c、將附有涂層的單晶藍(lán)寶石纖維和分散劑混勻，超聲波或煮沸后加入氧化鋯陶瓷粉中，抽真空干燥，d、制模成型，燒結(jié)陶瓷復(fù)合材料。

所述涂層為氧化鋯涂層，厚度為5-10微米，所述涂層凝膠的制備方法為：將丙醇鋯溶解于乙醇中，邊攪拌邊加入乙酰丙酮與水，室溫下靜置5-50h老化為凝膠。

所述丙醇鋯與乙醇的比例為1:1-10。

所述乙酰丙酮與水的體積比為1-3:1，所述乙酰丙酮與乙醇的體積比為1:1-30。

所述單晶藍(lán)寶石纖維表面涂層處理為：將單晶藍(lán)寶石纖維加入凝膠中攪拌，干燥，完成第一次涂覆；將第一次涂覆的單晶藍(lán)寶石纖維再次加入凝膠中，攪拌，干燥完成第二次涂覆；如此重復(fù)進(jìn)行涂覆，涂覆層數(shù)為2-5層；涂覆結(jié)束后再將涂覆后的單晶藍(lán)寶石纖維放置于300℃-800℃下烘烤10-50min，完成涂層過程。

將所述涂覆后的單晶藍(lán)寶石纖維放置于500℃下烘烤30min。

所述單晶藍(lán)寶石纖維和凝膠的體積比為1:1-10。

所述分散劑為乙醇、異丙醇、丙醇和水的任一種及以上；所述帶有涂層的纖維和分散劑與氧化鋁陶瓷的重量分?jǐn)?shù)為：帶有涂層的纖維和分散劑0.05-30；氧化鋁陶瓷粉70-99.5；分散劑的體積大于帶有涂層的纖維和氧化鋁陶瓷粉的總體積。

所述制備方法d燒結(jié)陶瓷復(fù)合材料中還采用了用于降低陶瓷燒結(jié)溫度的助燒劑，燒結(jié)陶瓷方法如常規(guī)陶瓷燒制方法。

所述助燒劑體積分?jǐn)?shù)占總體積的0.5-2%；所述助燒劑為MgO、SiO₂、TiO₂、Y₂O₃的任一種及以上。

所述助燒劑優(yōu)選為MgO、SiO₂、TiO₂、Y₂O₃四種，其中MgO重量份數(shù)為總重量的0.1-0.6%；SiO₂重量份數(shù)為總重量的0.1-0.6%；Y₂O₃重量份數(shù)為總重量的0.1-0.6%。

一種復(fù)合材料，由本發(fā)明的上述方法制得，其用途在于：用于制備渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的陶瓷型芯、導(dǎo)彈噴焰管、防彈裝甲、高層建筑陶瓷板、電子產(chǎn)品、切削刀具以及運(yùn)輸工具防護(hù)板等。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明將單晶藍(lán)寶石纖維加入氧化鋁陶瓷粉末中制備復(fù)合陶瓷材料，極大增加了復(fù)合材料在極端環(huán)境下的耐受程度。