一种氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料的制备方法，属于功能材料领域。本发明专利技术所述的浆料的制备方法为：(1)将硅源溶解于溶剂中，得到硅源溶液；之后在硅源溶液中加入与硅源摩尔比为2

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料的制备方法，属于功能材料领域。

技术介绍

[0002]连续纤维增强的复合材料具有层间高强、高比强度、高比模、近净成型、耐高温、抗氧化等特点，是高性能航天航空发动机材料的发展方向。其中，陶瓷基复合材料是一种使用温度较高而密度较低的结构材料，其有望替代密度大于8g/cm3的镍基或单晶镍合金作为发动机的燃烧室、火焰稳定器、内椎体、尾喷管、涡轮外环以及高压涡轮、低压涡轮等部件。与已在航空发动机上成功的通过了演示验证的SiC连续纤维增强陶瓷基复合材料相比，Al2O3连续纤维增强陶瓷基复合材料的抗氧化性能更好、成本更低，其有可能在1000℃～1300℃的燃气环境中长期使用。与国内的Al2O3连续纤维增强氧化物基复合材料相比，Al2O3连续纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能更优异。氧化铝连续纤维增强陶瓷基复合材料制备过程中，要将氧化铝陶瓷浆料涂抹于涂层后的织物，固化制得基体坯体骨架，然后再通过前驱体致密化、烧结制得陶瓷基复合材料，所以浆料的均匀性对复合材料热力学性能的稳定显得格外重要。
[0003]例如公开号CN104909785A的中国专利文献公开了一种氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备方法，其中将氧化铝和黏土加到球磨机中，以氧化铝作为球磨介质，料球比为1:2，再将醋酸乙烯酯、过氧化甲乙酮加到乙醇和去离子水的混合溶液中，溶解后加入微晶石蜡、羧甲基纤维素和改性氧化铝纤维搅拌均匀后加到球磨机中，球磨20-40分钟后制得的浆料，该方法仅适用氧化铝短纤维增强陶瓷基复合材料，纤维与浆料在球磨阶段实现了共混。公开号CN106699209A中国专利文献公开了一种连续氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料制备方法，其中将氧化铝陶瓷粉体、溶剂、分散剂、粘结剂按比例置于球磨罐中球磨混合均匀，分散剂与溶剂的比例为2-10g/mL，粘结剂与溶剂的比例为5-15vol％，氧化铝浆料的固含量为15-50vol％，获得陶瓷粉体分散均匀的浆料，然后将浆料涂刷于纤维织物表面，经过干燥固化制得复合材料多孔坯体骨架。
[0004]目前，常规氧化铝陶瓷浆料技术(如上所述)是将含铝和硅的微粉，在一定配比下混合，通过球磨机磨细及混合，然后筛分细粉后，加入一定量的助剂达到一定的流动型和固含量，作为与纤维材料的复合浆料；但是这种工艺存在以下不足：在制备的浆料有粒径大和混合不均匀的缺陷，粒径在微米和纳米之间，它与一定含量的陶瓷纤维在结合的时候会出现铝硅分配难以完全平衡，造成同类成分粒子聚集，复合材料内部结构不均一，在高温过程中会产生内应力不一致而出现裂痕。

技术实现思路

[0005]为了解决上述至少一个问题，本专利技术提供了一种铝硅在分子结构中已固定相结构体、高固含量、低粘度、流动性好且能形成均一的—O—Al—SI—O—链状结构的氧化铝连续
纤维增强陶瓷基复合材料用浆料及制备方法。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种制备氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料的方法，包括如下步骤：
[0007](1)前驱体无机溶胶制备：
[0008]将硅源溶解于溶剂中，得到硅源溶液；之后在硅源溶液中加入与硅源摩尔比为2-4：1的络合剂、与硅源质量比为1.5-2.5：1的掺杂剂，混合均匀、静置，得到均一的—O—Al—SI—O—链状结构无机化合物溶胶；
[0009](2)陶瓷粉体制备：
[0010]将步骤(1)得到的均一的—O—Al—SI—O—链状结构无机化合物溶胶进行喷雾干燥、烧结，得到陶瓷粉体；
[0011](3)陶瓷浆料制备：
[0012]将步骤(2)得到的陶瓷粉体加入分散剂混合均匀，形成氧化铝连续纤维增强陶瓷基复合材料氧化铝陶瓷浆料。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的硅源是氧化硅溶胶，氧化硅的粒径在5-9nm。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的溶剂是正丙醇、甲苯中的一种或两种。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的硅源和溶剂的质量体积比(g/mL)为1：2-4，进一步优选为1：3。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的络合剂为二乙烯三胺五羧酸盐、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的掺杂剂为九水合硝酸铝。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中硅源溶解在溶剂中是在50-70℃温度下水浴加热5-15min，进一步优选为在60℃温度下水浴加热10min。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的混合均匀是在50-70℃温度下水浴加热搅拌1-3h。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的静置是静置20-30h。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的均一的—O—Al—SI—O—链状结构无机化合物溶胶使得铝硅在分子结构中已完固定相结构体。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述的喷雾干燥的具体参数为：送风机功率为0.2-0.3Kw，风量为9-10L/min，进风温度为200-300℃；进一步优选为：送风机功率为0.25Kw，风量为9.5L/min，进风温度为250℃。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述的烧结是烧结温度为300-400℃，时间为10-30min。
[0024]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)得到的陶瓷粉体的粒径在20-50nm。
[0025]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的分散剂中溶剂、聚乙二醇和聚铝氧烷的质量比为(3-4)：(0.03-0.08)：1，所述的溶剂是乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、异丙醇中的一种或几种。
[0026]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的分散剂的制备方法为：将聚铝氧烷与
聚乙二醇加入溶剂中回流反应2～2.5h，反应温度为40-70℃，减压除溶剂得到分散剂。
[0027]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的陶瓷粉体和分散剂的质量比为40-50：100。
[0028]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的陶瓷粉体和分散剂混合均匀是在120-180℃油浴下，以100-300r/min的搅拌速度搅拌3-5h；进一步优选为在150℃油浴下，以200r/min的搅拌速度搅拌4h。
[0029]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的聚铝氧烷(Polyaluminoxane)购自苏州图纳新材料科技有限公司。
[0030]本专利技术的第二个目的是本专利技术所述的方法制备得到的氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料。
[0031]本专利技术的第三个目的是提供一种制备氧化铝连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法，所述方法是将本专利技术所述的氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料涂覆在氧化铝连续纤维表面。
[0032]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备氧化铝连续纤维增强陶瓷复合材料用浆料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)前驱体无机溶胶制备：将硅源溶解于溶剂中，得到硅源溶液；之后在硅源溶液中加入与硅源摩尔比为2-4：1的络合剂、与硅源质量比为1.5-2.5：1的掺杂剂，混合均匀、静置，得到均一的—O—Al—SI—O—链状结构无机化合物溶胶；(2)陶瓷粉体制备：将步骤(1)得到的均一的—O—Al—SI—O—链状结构无机化合物溶胶进行喷雾干燥、烧结，得到陶瓷粉体；(3)陶瓷浆料制备：将步骤(2)得到的陶瓷粉体加入分散剂混合均匀，形成氧化铝连续纤维增强陶瓷基复合材料氧化铝陶瓷浆料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的硅源是氧化硅溶胶，氧化硅的粒径在5-9nm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的硅源和溶剂的质量体积比为1：2-4。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的烧结是烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：关克田，孙树人，房海燕，
申请(专利权)人：上海榕融新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：