陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法技术

本发明专利技术涉及航天飞行器材料技术领域，公开了一种陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法，包括如下步骤：加工余料的收集与筛选、制备硅凝胶、物料混合、物料混匀、模压处理、预干燥处理、第一次热处理、凝胶浸渍处理和第二次热处理。本发明专利技术陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法，可实现陶瓷基加工余料的重复利用，同时也可显著减少后期对复合好的陶瓷基复合材料的加工量，提高了生产效率。提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法


[0001]本专利技术涉及航天飞行器材料
，具体涉及一种陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法。

技术介绍

[0002]特种陶瓷材料的加工余料利用问题一直是特种陶瓷制造业长期关心的问题。随着原材料市场价格的波动，余料再利用对特种陶瓷制造成本的节约有着十分重要的意义。
[0003]陶瓷天线窗作为控制导弹的通讯窗口，是保证雷达系统正常工作的关键部件。随着航天技术的发展，飞行器的气动外形呈现出异型结构，具有透波、隔热、承载作用的天线窗也出现异性结构的发展趋势。高马赫数飞行器多采用陶瓷及复合材料透波，其中，石英纤维增强石英复合陶瓷天线窗的成型方法多为石英纤维编织成纤维平板织物(如2.5D、针刺、缝合等)后，浸渍硅溶胶烧结成型，然后机械加工成异性结构天线窗产品，但在实际生产加工过程中，天线窗产品会产生大量加工余料。由于编织体的成本较高，由于加工导致的原材料浪费不仅容易影响公司运营周转，对于一些生产节点紧迫的产品来说更是非常不利。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法，可实现陶瓷基加工余料的重复利用，同时也可显著减少后期对复合好的陶瓷基复合材料的加工量，提高了生产效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所设计的陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法，包括如下步骤：
[0006]A)加工余料的收集与筛选：将机加工后的陶瓷余料粉末收集并用筛网筛选出长度为2～4mm的二氧化硅纤维；
[0007]B)制备硅凝胶：取固含量介于38％～42％之间，粒径为7～20nm的硅溶胶置于80～90℃的水浴中加热20～24h，制得硅凝胶；
[0008]C)物料混合：取所述步骤B)制备的硅凝胶用研钵研碎成粒径≤2mm的均匀颗粒物，然后与所述步骤A)筛选出的二氧化硅纤维按质量比1：(1.3～1.5)混合，取得陶瓷原料；
[0009]D)物料混匀：将所述步骤C)混合后的陶瓷原料加入高能混料机中，以40～180转/分钟的速度搅拌10～30分钟，混匀后将陶瓷原料置于真空袋中在负压条件下保压30～40min，负压环境为
‑
60～
‑
80KPa；
[0010]E)模压处理：取所述步骤D)混匀后的陶瓷原料置于模压工装内，控制压力为30～40MPa，并置于50～60℃下保压2～2.5h，脱模后得到陶瓷模型；
[0011]F)预干燥处理：取所述步骤E)所制得的陶瓷模型置于干燥箱内，50～60℃下干燥1～2h，再升温至100～120℃下干燥2～3h，得到模压陶瓷胚体；
[0012]G)第一次热处理：取所述步骤F)制得的所述模压陶瓷胚体置于高温炉内，以3～4℃/min的速率升温至700～800℃，保温2～3h后随炉冷却至室温；
[0013]H)凝胶浸渍处理：取所述步骤G)处理后的所述模压陶瓷胚体置于固含量为22％～25％、粒径为7～20nm的硅溶胶中浸渍处理6～8h，并控制浸渍处理装置温度在90～100℃之间；
[0014]I)第二次热处理：将所述步骤H)处理后的所述陶瓷胚体置于高温炉内，首先将高温炉中温度以2～3℃/min的速率升温至120～130℃并保温2～3h，然后以3～4℃/min的速率将温度升至1200～1400℃并保温4～5h，随炉冷却至室温后取出，即制得二氧化硅模压陶瓷天线窗复合材料。
[0015]优选的，所述步骤D)中，搅拌速度为60～120转/分钟。
[0016]优选的，所述步骤B)中，所述硅溶胶在20℃下的pH值为2～5，25℃下的动力粘度≤15
×
10
‑3Pa
·
S，所述硅凝胶的含水率为40～60％
[0017]优选的，所述步骤H)中，所述硅溶胶在20℃下的pH值为2～4，25℃下的动力粘度≤12
×
10
‑3Pa
·
S。
[0018]优选的，所述步骤A)中，所述二氧化硅纤维的线密度为190
±
8tex，二氧化硅质量百分比含量≥99.90％，断裂强力≥60N。
[0019]优选的，所述步骤A)中，若所述二氧化硅纤维表面含有浸润剂，则在使用前需加热至380℃处理2h以除去浸润剂。
[0020]优选的，所述步骤C)中所述硅凝胶与二氧化硅纤维的质量比为1：(1.33～1.45)。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0022]1、能够有效解决特种陶瓷材料的加工余料利用问题，能够对陶瓷机械加工后产生的余料做出有效利用，对特种陶瓷制造成本的节约有着十分重要的意义；
[0023]2、将硅溶胶进行预处理后制得粘接剂，在不引入其他杂质的前提下，与收集并筛选后的机加余料按指定比例在高能混料机中混合均匀，得到模压陶瓷预混料，将预混料平铺放入真空袋中负压处理，其中二氧化硅纤维本身结构不会发生改变，比如不会造成二氧化硅纤维断裂、撕扯等，同时，硅凝胶颗粒物作为粘接剂会将二氧化硅短纤维交联在一起，形成二氧化硅纤维网状结构，有利于提高复合材料的强度；
[0024]3、将处理后的预混料填入模压模具中恒温加压，脱模后热处理得到的胚体，将胚体通过浸渍复合及热处理，有利于提高陶瓷胚体的致密度、表观质量及结构强度；
[0025]4、本方法制得的产品密度为1.75～1.85g/cm3，弯曲强度为60～80MPa，拉伸强度为50～60MPa，导热系数为0.50～0.60W/m
·
k，损耗角正切为0.00035～0.00055，故其满足作为天线窗产品的技术要求，产品致密度相对较高，产品成型性好，最重要的可节约大量成本，提高生产效率。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0027]实施例1
[0028]一种陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法，包括如下步骤：
[0029]A)加工余料的收集与筛选：将机加工后的陶瓷余料粉末收集并用筛网筛选出长度为2mm的二氧化硅纤维；
[0030]B)制备硅凝胶：取固含量为38％，粒径为7～10nm的硅溶胶置于80℃的水浴中加热
20h，制得硅凝胶，其中，硅溶胶在20℃下的pH值为2，25℃下的动力粘度为15
×
10
‑3Pa
·
S，制得的硅凝胶的含水率为40％；
[0031]C)物料混合：取步骤B)制备的硅凝胶用研钵研碎成粒径≤2mm的均匀颗粒物，然后与步骤A)筛选出的二氧化硅纤维按质量比1：1.3混合，取得陶瓷原料；
[0032]D)物料混匀：将步骤C)混合后的陶瓷原料加入高能混料机中，以40转/分钟的速度搅拌10分钟，混匀后将陶瓷原料置于真空袋中在负压条件下保压30min，负压环境为
‑
60KPa；
[0033]E)模压处理：取步骤D)混匀后的陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料加工余料的重复利用方法，其特征在于：包括如下步骤：A)加工余料的收集与筛选：将机加工后的陶瓷余料粉末收集并用筛网筛选出长度为2～4mm的二氧化硅纤维；B)制备硅凝胶：取固含量介于38％～42％之间，粒径为7～20nm的硅溶胶置于80～90℃的水浴中加热20～24h，制得硅凝胶；C)物料混合：取所述步骤B)制备的硅凝胶用研钵研碎成粒径≤2mm的均匀颗粒物，然后与所述步骤A)筛选出的二氧化硅纤维按质量比1：(1.3～1.5)混合，取得陶瓷原料；D)物料混匀：将所述步骤C)混合后的陶瓷原料加入高能混料机中，以40～180转/分钟的速度搅拌10～30分钟，混匀后将陶瓷原料置于真空袋中在负压条件下保压30～40min，负压环境为
‑
60～
‑
80KPa；E)模压处理：取所述步骤D)混匀后的陶瓷原料置于模压工装内，控制压力为30～40MPa，并置于50～60℃下保压2～2.5h，脱模后得到陶瓷模型；F)预干燥处理：取所述步骤E)所制得的陶瓷模型置于干燥箱内，50～60℃下干燥1～2h，再升温至100～120℃下干燥2～3h，得到模压陶瓷胚体；G)第一次热处理：取所述步骤F)制得的所述模压陶瓷胚体置于高温炉内，以3～4℃/min的速率升温至700～800℃，保温2～3h后随炉冷却至室温；H)凝胶浸渍处理：取所述步骤G)处理后的所述模压陶瓷胚体置于固含量为22％～25％、粒径为7～20nm的硅溶胶中浸渍处理6～8h，并控制浸渍处理装置温度在90～100℃之间；I)第二次热处理：将所述步骤H)处理后的所述陶瓷胚体置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨葳，吴广力，刘俊君，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：