System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料及其低温制备方法技术_技高网

一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料及其低温制备方法技术

技术编号:41673755 阅读:2 留言:0更新日期:2024-06-14 15:29
本发明专利技术提供了一种高致密制备氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料及其低温制备方法。该方法包括对氧化铝纤维预制体进行预处理除胶;制备磷酸镧界面溶液,将预处理后的氧化铝纤维预制体充分浸润在磷酸镧界面溶液中进行真空浸渍,取出后进行静置低温烘干、低温预烧结,并循环多次,直至界面层达到设定厚度,得到含有磷酸镧界面层的预制体;制备含氟化锂的铝溶胶,将含有磷酸镧界面层的预制体在含氟化锂的铝溶胶中进行真空浸渍,取出后静置低温烘干,低温预烧结,循环多次后,直至增重量小于1wt%,进行空气气氛下的常压烧结,得到含有磷酸镧界面层的氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维增强陶瓷基复合材料,具体涉及一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料及其低温制备方法


技术介绍

1、随着航空航天技术的发展,对航天透波材料的要求越来越高。要求航天透波材料具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、电绝缘等性能。此外,航天透波材料还需要具有优良的透波性能,能够透过各种波段的电磁波,以满足航空航天器的通信、导航、侦察等要求。航天透波材料在航空航天领域得到了广泛应用,例如,卫星通信天线通常采用透波材料制造,以确保卫星能够透过地球大气层,与其他卫星或地面站进行通信。此外,航天透波材料还用于制造飞机、导弹、卫星等部件的天线窗或天线罩等,在保证通信、侦测系统正常工作的同时,保护材料免受高温、腐蚀等因素的影响。

2、陶瓷基复合材料作为结构材料,在满足透波等物理性能的同时还具有良好的力学性能,避免了透波涂层的开裂、脱落等问题,使其在高温透波材料领域具有广阔的发展前景和研究潜力。连续纤维增强陶瓷基复合材料在保留了基体陶瓷耐高温,抗氧化,高硬度,高强度,高温稳定性好等优点的同时,引入纤维增强体,通过界面脱粘、裂纹偏转、纤维与基体的桥连作用,提高基体陶瓷的韧性,降低了单体陶瓷的高脆性对实际应用的危害,同时相比于弥散强化的颗粒增强,连续纤维的增韧效果更显著,进一步提高了材料的力学性能。

3、在连续纤维陶瓷基复合透波材料领域,目前主要的研究是以氧化物和氮化物为主;对于氧化物来说,虽然氧化硅纤维增强氧化硅的工艺成熟、性能稳定、力学性能良好,但其较低的使用温度限制了其在高温领域下的应用;而昂贵的氮化物前驱体和对环境不友好的溶剂限制了氮化物基体在实际生产中的应用。氧化铝纤维增强氧化铝基体由于其高温热稳定性能优异、介电常数较低、热膨胀系数较低、环境友好、成本较低等优点,成为目前最具研究潜力的材料之一。然而由于增强体和基体组分极其相近,在烧结过程中,基体和纤维发生固相反应,使其易形成强界面,降低基体在纤维与基体的界面处的偏转裂纹的能力,同时限制了纤维的拔出和桥连作用,从而降低复合材料的韧性,易发生脆性断裂(即纤维与基体间的结合强度与纤维内部自身的断裂强度相当甚至超过,导致了复合材料的脆性断裂);但氧化铝纤维的使用温度远低于氧化铝基体致密化的烧结温度,因此也就导致纤维的保留强度和基体的烧结致密程度难以平衡。目前通过制备多孔基体来降低复合材料中基体和纤维间的结合强度,使得纤维断裂点远离基体中的裂纹平台,通过纤维的桥连作用阻碍裂纹扩展和纤维拔出产生摩擦应力的方式提高韧性,多孔基体虽然提高了复合材料的断裂韧性,但多孔的组织结构使得基体对于复合材料样品的力学性能贡献降低,降低了材料的强度。而合适的界面层主要有修饰纤维表面,传递载荷,防止裂纹扩展,偏转裂纹抑制高温下基体与纤维间的扩散、溶解、反应、氧化等作用,保证了纤维自身受到的应力远大于界面带来的应力,促进了纤维拔出和桥连的产生,提高了对于脆性断裂的增韧效果。目前常见的界面层主要包括热解碳(pyc)、氮化硼(bn)和独居石(lapo4)等材料,但由于高温下pyc和bn的抗氧化能力差,bn在800℃以上会和空气中的o2反应生成b2o3气体,从而对材料的内部结构产生破坏。lapo4界面层不仅具有较低的介电常数,而且lapo4的添加进一步提高了纤维的热稳定性,la离子半径最大,对提高热稳定性效果最好,lapo4在还原和氧化的环境中都表现出较高的热稳定性。同时lapo4与al2o3有良好的化学相容性,二者能够形成足够弱的界面,可以通过界面脱粘、裂纹偏转等方式来防止裂纹扩展,提高了纤维拔出能力,保证了复合材料的韧性,提高了材料的使用寿命。然而lapo4界面层的制备目前仍存在一些缺陷,在2.5d纤维复合材料的制备中,lapo4界面层主要以前驱体的反应合成为主,由于纤维间排布较为紧密,多相混合的液相合成很难在纤维表面均匀的生成,同时存在合成的界面层易脱落,粘附性不好等问题。同时,对于氧化铝纤维来说还存在另外一个问题,即过高的烧结温度会导致纤维内部的晶粒在动态再结晶过程中发生晶粒的异常长大,从而降低纤维的强韧度,所以一般制备得到的氧化铝纤维都具有其最高的使用温度。目前对于lapo4的应用,还包括氧化铝纤维的制备过程中添加lapo4,lapo4存在于纤维内部晶粒的晶界处,通过抑制晶粒的长大,提高了纤维的使用温度,但lapo4界面层对于抑制纤维内部的al2o3晶粒长大作用不大,同时由于热膨胀系数的限制,lapo4的热膨胀系数比氧化铝纤维高25%左右,较厚的界面层会导致材料的抗热震性能较差,所以一般界面层的厚度不宜超过500nm,低含量和所在位置限制了lapo4对于抑制晶粒长大的作用,因此仍需要降低基体的烧结温度,以达到较低烧结温度下的较高的致密度和结晶性,而较高的致密度和结晶性又保证了其较高的力学性能。

4、因此,本专利技术研究团队认为有必要探究一种制备方法,能够制备出满足航天透波材料性能要求的复合材料。


技术实现思路

1、本专利技术的目的在于解决现有连续纤维增强陶瓷基复合材料制备技术中存在的缺陷或不足,而提供了一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料及其低温制备方法。

2、本专利技术的构思及原理:

3、在航空航天热端部件及透波材料领域,氧化物连续纤维增强氧化物基体复合材料,除了具备轻质高强度等大部分陶瓷基复合材料共有的优点外,其优良的高温抗氧化性能(尤其是空气氧化和水汽氧化)和较好的力学性能,使得其具有广阔的应用前景和较高的研究潜力。而氧化铝纤维增强氧化铝基体又是氧化物连续纤维增强氧化物基体复合材料中最具研究潜力的材料之一,所以本专利技术研究团队仍然针对氧化铝纤维增强氧化铝基体目前存在的问题进行进一步的探索。

4、因为目前界面层的引入是最为合适的措施,因此针对目前lapo4界面层的制备存在的一些问题,本研究团队改变现有的工艺,通过改善前驱体的原材料,利用磷酸二氢镧进行lapo4界面层的制备,以解决目前界面层易脱落,粘附性不好等问题。

5、目前,2.5d连续纤维陶瓷基复合材料的制备方法主要有料浆法、前驱体浸渍裂解法(pip)、溶胶凝胶法(sol-gel)、化学气相渗透法(cvi)等。料浆法作为固相法的一种,虽然成型周期较短,但前期浸渍时对固相颗粒的粒径要求较高,粒径越小,在纤维预制体中分布越均匀,但较小的粒径提高了颗粒的表面能,即使不同材料的表面性质不同,但在小粒径的状态下都会倾向于发生颗粒的团聚来降低表面能,从而导致材料中缺陷的产生。前驱体浸渍裂解法的前驱体一般以有机高聚物为主,具有毒性的同时还会对环境造成污染,不仅如此,pip法的前驱体反应合成步骤繁琐,成本较高,限制了在工业生产中的广泛使用。化学气相渗透法,不仅操作更为繁琐,同时对实验设备的要求也更高,进一步提高了生产成本。溶胶凝胶法作为一种液相合成的方法,不仅具有工艺简单,环境友好,成本较低等优点,同时在液相中,溶质以离子和分子的形式存在,相比于固相,解决了粒径尺寸导致的均匀性问题,溶胶通过烘干和凝胶化,从液相中析出小尺寸的溶质颗粒附着在纤维表面,提高了反应活性,本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的低温制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述低温制备方法,其特征在于,步骤1)具体为:

3.根据权利要求1或2所述低温制备方法,其特征在于,步骤2)具体为:

4.根据权利要求3所述低温制备方法,其特征在于:

5.根据权利要求4所述低温制备方法,其特征在于:

6.根据权利要求2所述低温制备方法,其特征在于:

7.根据权利要求3所述低温制备方法,其特征在于:

8.一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,其特征在于:采用权利要求1-7任一所述低温制备方法制得。

9.一种航天透波材料制品,其特征在于:所采用的航天透波材料由权利要求1-7任一所述低温制备方法制得。

【技术特征摘要】

1.一种高致密度氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的低温制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述低温制备方法,其特征在于,步骤1)具体为:

3.根据权利要求1或2所述低温制备方法,其特征在于,步骤2)具体为:

4.根据权利要求3所述低温制备方法,其特征在于:

5.根据权利要求4所述低温制备方法,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗发景麟涵薛雨龙王心怡
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:

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