[發明專利]一種網狀玄武巖纖維增強陶瓷基材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010439706.3
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111500022B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;鐘辛子;曹麗云;歐陽海波;袁夢;張文淵;李哲源;李曉藝
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L79/08;C08L61/06;C08L63/10;C08L101/00;C08L21/00;C08L27/18;C08K13/06;C08K3/36;C08K7/10;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/24;C08K3/22
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種網狀玄武巖纖維增強陶瓷基材料的制備方法。將工業生產的陶瓷廢料加以回收和利用，采取固相反應、浸潤、涂覆等易于操作的試驗方法，涉及到的PTFE、樹脂、乙二醇、碳酸鈉、無水乙醇等物質簡單易得。依據陶瓷粉體和玄武巖纖維布的結構特點，采用“雙向”界面改性的方式，改善了界面之間的結合，借助樹脂和玄武巖纖維布優異的包裹相容性能，將抗沖擊力、抗應力拉伸、質輕、耐高溫的玄武巖纖維布和陶瓷粉體結合，構建了具有網狀結構的“玄武巖纖維布——樹脂——陶瓷粉體”多元體系。該方法具有綠色、環保、低成本和簡單易行的技術特點，所制備的網狀玄武巖纖維增強陶瓷基材料結構穩定，耐摩擦磨損性能優異，耐高溫能力強，摩擦系數大，輕質高強。

技術領域

本發明屬于材料領域，具體涉及一種網狀玄武巖纖維增強陶瓷基材料的制備方法。

背景技術

陶瓷基復合材料是指以陶瓷粉料為基體，輔以多種纖維作為增強體的復合型材料，因其具有優異的力學性能和化學穩定性，該類材料主要應用于飛行器耐熱元件、導彈天線罩、載重汽車剎車片等航空和工程器械領域[Lu G F,Qiao S R,Xu Y.Journal ofMaterials Engineering,2014(11):107-112.]。

陶瓷基復合材料的復合形式主要分為連續增強和非連續增強兩種。連續增強型陶瓷基復合材料是目前市場上的應用較為成熟，其增強體主要為短纖維、晶須、顆粒等，采用料漿澆鑄法、熱壓燒結法等簡易方法實現材料的成型，生產制造成本低，但材料結構的不可控、固相粘結等缺陷阻礙了材料的進一步發展。非連續增強型陶瓷基復合材料可以實現對材料結構的調控，可以應用于強酸堿、高溫、高沖擊和自清潔涂層等多個工作環境，但因其成本昂貴、生產周期長，目前未實現大規模普及和應用[Bolin H E,Jia S.MaterialsReview,2009.]。

目前的陶瓷基復合材料仍未實現對材料結構的低成本把控，生產的模式主要以干混、濕混、高溫燒結等傳統陶瓷生產模式為主，目前研究重點主要集中在對樹脂的含量、升溫制度、陶瓷粉體的類型、纖維的長短、纖維的類別等因素上，未來的研究試圖通過對晶粒尺寸和分布、結構的準確控制實現對固相反應過程的調控，實現低溫、簡易、低成本的結構化控制和高性能的陶瓷基復合材料生產。

發明內容

本發明的目的在于提供一種網狀玄武巖纖維增強陶瓷基材料的制備方法，該方法能夠通過對玄武巖纖維和陶瓷粉體的表面改性來構建空間網狀結構，提升陶瓷基復合材料的結構穩定性和力學性能。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

步驟一：按質量百分比將30～60％的陶瓷粉體與40～70％的PTFE混合溶液混合，得到具一定黏性的陶瓷粉體A；

步驟二：將玄武巖纖維布在200～400℃固相反應后用乙醇溶液清洗，取出后烘干，得到網狀固體B；

步驟三：取網狀固體B放在羥基化溶液中浸泡1～3h，取出在40～60℃烘干，得到表面羥基化的網狀固體C；

步驟四：取網狀固體C浸泡在硅烷偶聯劑溶液中0.5～2.5h，取出在60～80℃烘干，得到表面二次改性的網狀固體D；

步驟五：通過涂覆或噴涂將軟化的樹脂和20～100層網狀固體D疊加結合，得到預制體E，其中預制體的樹脂質量分數為50～90％；

步驟六：在熱壓機上借助模具在預制體E上下表面鋪設2-5mm的陶瓷粉體A成型，調節熱壓溫度120～180℃，加熱時長20～40mins，壓力范圍20～60MPa，脫模后得到一種網狀玄武巖纖維增強陶瓷基材料。

所述步驟一的陶瓷粉體為二氧化硅、氧化鈣、氧化鐵，鈦酸鈣、鈦酸銅鈣、氧化鉀、氧化鎂的一種或多種混合物。

所述步驟一的PTFE混合溶液由40～60％PTFE、30～50％去離子水、5～25％碳酸鈉和5～10％三聚磷酸鈉混合組成。