[發明專利]一種大尺寸低膨脹玻璃基復合材料及其注漿成型方法

有效

• 申請號: 202210458510.8
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114890678B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 崔曉霞;郭海濤;許彥濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C14/00
• 分類號: C03C14/00;C03B19/06;C03C1/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明涉及復合材料制備方法，具體涉及一種大尺寸低膨脹玻璃基復合材料及其注漿成型方法。解決了現有大尺寸復合材料冷等靜壓成型導致復合材料孔隙多、密度不均等技術問題。本發明的注漿成型方法包括以下步驟：1)漿料制備；2)注漿成型；3)將脫模后的坯體干燥；4)將干燥后的坯體在780℃～850℃進行無壓燒結，得到大尺寸低膨脹玻璃基復合材料。本發明的注漿成型方法以高硼硅玻璃為基質，以短纖維為增韌材料，通過注漿成型法成型和簡單的空氣無壓燒結法制得，成型工藝和燒結工藝簡單、坯體致密、生產成本低。本發明的注漿成型方法所得的復合材料具有密度小、膨脹系數低、機械強度高等特點，是未來航空航天、汽車工業等領域中重要的結構材料。

技術領域

本發明涉及復合材料制備方法，具體涉及一種大尺寸低膨脹玻璃基復合材料及其注漿成型方法。

背景技術

航天航空、汽車工業、精密儀器等都需要輕質低膨脹的結構材料，獲得大尺寸、輕質、低膨脹、高強度的復合材料是實現輕質低膨脹結構材料工業化應用的關鍵。復合材料的膨脹系數與成分有很大關系，通過在復合材料中引入負膨脹系數的材料可以達到降低復合材料膨脹系數的目的。而復合材料強度除了與組分的強度、比例有關外，還與復合材料的孔隙率有很大關系，而決定復合材料孔隙率的關鍵因素是成型技術和燒結技術，這就對復合材料初期的成型提出了更高的要求。

目前，常見的陶瓷材料成型主要是冷等靜壓法，但對于流動性較差或多元混合材料而言，該方法容易導致坯體中孔隙較多，使得復合材料力學性能降低。此外，對于大尺寸部件，冷等靜壓壓制的坯體還容易出現“象足”或內外密度差問題。因此，如何獲得均勻、致密的復合材料生坯是獲得高性能大尺寸復合材料的關鍵。

發明內容

本發明的目的是解決現有大尺寸復合材料冷等靜壓成型導致復合材料孔隙多、密度不均等技術問題，而提供一種大尺寸低膨脹玻璃基復合材料及其注漿成型方法，本發明注漿成型方法適用于航空航天、汽車行業、精密儀器等領域的結構材料，可解決該類復合材料孔隙多、密度不均等影響復合材料力學性能的問題。

本發明的構思是：以高硼硅玻璃粉為基質，以具有負膨脹系數的β-鋰霞石粉作為膨脹系數調節的組分，以莫來石纖維作為增強相，將復合材料制備成具有一定固相含量的均勻穩定漿料，再通過模具注漿成型，靜置脫模后獲得均勻的坯體，坯體經過干燥和無壓空氣燒結，最終形成致密度較高的大尺寸、低膨脹、高機械強度的纖維增韌玻璃基三元復合材料。

本發明的技術解決方案是：

一種大尺寸低膨脹玻璃基復合材料注漿成型方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)漿料制備

1.1)分別稱取原料總量50％～60％質量比的高硼硅玻璃粉、原料總量27％～33％質量比的β-鋰霞石和原料總量10％～18％質量比的莫來石纖維；

1.2)將高硼硅玻璃粉、β-鋰霞石加入到球磨罐中，加入占原料總量51.8％～93.8％質量比的高純水，再加入占原料總量0.1％～0.5％質量比的分散劑溶液，按球料比2：1加入直徑為3～5mm的氧化鋯球，球磨混合均勻，再加入莫來石纖維，繼續球磨混合得到均勻漿料；

1.3)將均勻漿料在攪拌條件下調節pH值為8～11，再將漿料過80～115目篩，得到均勻穩定的三元復合物漿料；

1.4)將三元復合物漿料中的氣泡去除；

2)注漿成型

將氣泡去除的三元復合物漿料傾斜緩慢倒入預先制備好的干燥模具中，靜置固化1～2h，進行脫模得到坯體；

3)將脫模后的坯體干燥；

4)將干燥后的坯體在780℃～850℃進行無壓燒結，得到大尺寸低膨脹玻璃基復合材料。