[發明專利]一種高致密纖維增強石英陶瓷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111175316.0
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113896554B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 王華棟;鄭晨;董衡;呂毅;孫同臣;趙英民
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/14;C04B35/622
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝

本發明提供了一種高致密纖維增強石英陶瓷復合材料及其制備方法，涉及復合材料技術領域，該方法包括：將纖維預制體浸沒在漿料中，然后依次進行真空浸漬、干燥、燒結和增密，得到復合材料基體；將所述復合材料基體浸沒在硅溶膠中，然后依次進行真空浸漬、干燥、燒結和增密，得到所述高致密纖維增強石英陶瓷復合材料。本發明制備的高致密纖維增強石英陶瓷復合材料的制備成本低、生產周期短，工藝適應性強。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，特別涉及一種高致密纖維增強石英陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

天線罩/天線窗等透波構件既是飛行器的結構件，又是無線電尋的制導系統的重要組成部分，發揮著透波、隔熱、承載及耐沖刷等多種用途，承受飛行器在飛行過程中的氣動載荷、氣動熱等惡劣環境，同時作為發射和接收電磁信號的通道，保證其與外界的正常通信。纖維增強石英陶瓷復合材料具有耐高溫、低介電、抗燒蝕、高韌性、低熱導等眾多優點，因此在高速、高溫、大載荷武器透波構件和抗燒蝕透波陶瓷天線罩/天線窗中得到了廣泛的應用。

在高溫透波材料領域，纖維增強石英陶瓷復合材料常采用硅溶膠真空浸漬和壓力滲透工藝進行制備，其對硅溶膠濃度梯度要求較高，且生產周期較長，至少為90天，同時由于硅溶膠固含量較低，導致原材料的利用率較低，成本偏高，因此嚴重制約纖維增強石英陶瓷復合材料的市場化、高效化和大規模化生產。

發明內容

本發明提供了一種高致密纖維增強石英陶瓷復合材料及其制備方法。所述高致密纖維增強石英陶瓷復合材料的制備成本低、生產周期短，工藝適應性強。

第一方面，本發明提供了一種高致密纖維增強石英陶瓷復合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將纖維預制體浸沒在漿料中，然后依次進行真空浸漬、干燥、燒結和增密，得到復合材料基體；

(2)將所述復合材料基體浸沒在硅溶膠中，然后依次進行真空浸漬、干燥、燒結和增密，得到所述高致密纖維增強石英陶瓷復合材料。

優選地，在步驟(1)中，所述纖維預制體為石英纖維織物、氧化鋁纖維織物、二氧化硅纖維織物、氮化硅纖維織物、硅硼氮纖維織物中的至少一種；優選地，所述纖維預制體為氧化鋁纖維織物、二氧化硅纖維織物；

所述纖維預制體的厚度為10～60mm。

優選地，在步驟(1)中，所述纖維預制體的體積密度為0.4～1.3g/cm³。

優選地，在步驟(1)中，所述漿料為包含有分散劑和非晶二氧化硅的水溶液；

所述漿料中所述非晶二氧化硅的質量分數為10～80％；其中，所述非晶二氧化硅的粒徑≤300nm；

所述漿料中所述分散劑的質量分數為0.2～5％；其中，所述分散劑為乙二醇、硬脂酸、乳酸中的至少一種。

優選地，在步驟(1)中，所述漿料中所述非晶二氧化硅的質量分數為30～60％；其中，所述非晶二氧化硅的粒徑為60～120nm；

所述漿料中所述分散劑的質量分數為0.5～1.2％。

優選地，在步驟(2)中，所述硅溶膠的密度為1.05～1.6g/cm³；

所述硅溶膠中膠粒的一次粒徑≤20nm，二次粒徑≤600nm；

所述硅溶膠中的鈉離子含量≤60ppm；

所述硅溶膠的pH值為2～4。

優選地，在步驟(2)中，所述硅溶膠的密度為1.1～1.4g/cm³；

所述硅溶膠中膠粒的二次粒徑≤400nm。