【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷基复合材料领域，特别涉及一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
1、热胀冷缩是物体的一种基本性质，温度变化导致的尺寸变化以及热失配，已经成为限制航空航天、电子热管理、精密器械等许多研究领域快速发展的瓶颈问题。具有低膨胀系数且综合性能优异的热稳定性材料，则成为解决上述问题的关键。
2、锆磷酸钠(nazr2(po3)4)简称nzp，其中阳离子(na+、zr4+、p5+)位置均可发生多种不同的离子取代，形成一系列相同结构衍生物，它们统称为nzp族化合物。以该化合物为粉体进一步制备成的nzp族磷酸盐陶瓷具有负膨胀或近零膨胀性、低热导率及耐热冲击性，在核废料固定、航空航天、精密仪器、军事领域高温导弹等方面有着重要的应用和研究价值。虽然nzp族磷酸盐陶瓷材料有着较低的热膨胀系数，但是烧结困难、致密度较低，在正常情况下只能达到理论密度的76.7-81.1％，因此其力学性能较差，严重限制了其应用。研究人员通过添加烧结助剂、碳化硅晶须、离子取代等途径来提高nzp族磷酸盐陶瓷的机械强度，但效果不够突出；此外，引入的第二相通常是高膨胀相，其中大部分可以与nzp族磷酸盐陶瓷反应，难以获得稳定的两相物质。因此，如何保持nzp族磷酸盐陶瓷材料低热膨胀和低热导率的同时提高强度仍是当今的研究热点。
3、短切碳纤维具有低密度、低热导率、低热膨胀系数等优点；同时，当陶瓷内部产生微裂纹时，引入的短切纤维能够发挥出纤维脱粘、拔出以及偏转裂纹等增韧机制，有效抑制微裂纹扩展从而提升复合材料的力学性能，使其在
4、鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践提出了本专利技术。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，本专利技术的短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料具有高致密度、优异的力学性能，并兼顾低热膨胀系数和低热导率，具有良好的应用前景。
2、进一步的，所述短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：
3、第一步：称取低膨胀磷酸盐陶瓷粉体、烧结助剂，得到混合粉体，烧结助剂的加入量为混合粉体质量的0-10wt％，将得到的混合粉体放入球磨罐中，以无水乙醇为介质进行湿法球磨4-12h，得到均匀的陶瓷浆料；
4、第二步：把短切碳纤维加入乙醇中，加入分散剂，利用搅拌机进行机械搅拌2-10h，随后采用超声进行震荡，使团聚状短切碳纤维均匀分散于乙醇中，得到乙醇-短切碳纤维溶液；
5、第三步：将第一步得到的陶瓷浆料加入到第二步的乙醇-短切碳纤维溶液中，继续球磨混合，在真空烘箱50-120℃条件下干燥2-10h，过筛后得到含短切碳纤维的低膨胀磷酸盐陶瓷混合粉体；
6、第四步：将第三步得到的混合粉体置于石墨模具中冷压成型得到压坯，加压10-60mpa，保压时间为5-20min；
7、第五步：将第四步得到的压坯放入快速热压烧结炉中，在真空或氩气惰性气氛保护下进行烧结，得到短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料。
8、进一步的，第一步所述低膨胀磷酸盐陶瓷粉体为nzp族化合物中的一种或几种。
9、进一步的，第一步所述烧结助剂为al2o3、zro2、y2o3、mgo、zno2、sio2、tio2、b2o3、la2o3的一种或几种的组合。
10、进一步的，第二步所述的短切碳纤维的直径为7-20μm，长度≤20mm，短切碳纤维的加入量为混合总粉体质量的0.5-50wt％。
11、进一步的，第二步所述分散剂选自羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸盐、四甲基氢氧化铵、聚乙二醇、聚丙烯酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种，所述分散剂的质量为陶瓷粉体质量的0.2～5wt％。
12、进一步的，第二步所述超声频率为20-130khz，时间为5-30min。
13、进一步的，第三步所述球磨机转速100-400r/min，球磨时间30min-4h。
14、进一步的，第五步所述快速热压烧结的条件为：烧结温度为1100-1400℃，保温5-60min，升温速率为10-200℃/min，降温速率为10-150℃/min，压力为5-50mpa。
15、本专利技术的有益效果：
16、本专利技术提供的短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，和现有技术相比具有以下优点：
17、1、本专利技术制备的短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料三点弯曲强度达到134mpa，平均热膨胀系数为0.67×10-6/℃(100-800℃)，热导率为0.85w m-1/℃(800℃)。
18、2、与原有磷酸盐陶瓷材料相比，本专利技术制备出的短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料的力学性能大幅提高，同时保持了低热膨胀系数和低热导率，实现了包括力学性能、热膨胀性能、热导率在内的材料综合性能的协同优化。
19、3.本专利技术工艺方法简单、制备流程周期短、成本低廉，适合于大规模生产，具有很大的应用前景。
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1.一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第一步所述低膨胀磷酸盐陶瓷粉体为NZP族化合物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第一步所述烧结助剂为Al2O3、ZrO2、Y2O3、MgO、ZnO2、SiO2、TiO2、B2O3、La2O3的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第二步所述的短切碳纤维的直径为7-20μm，长度≤20mm，短切碳纤维的加入量为混合总粉体质量的0.5-50wt％。
5.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第二步所述分散剂选自羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸盐、四甲基氢氧化铵、聚乙二醇、聚丙烯酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种，所述分散剂的质量为陶瓷粉体质量的0.2-5wt％。
6.根
7.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第三步所述球磨机转速100-300r/min，球磨时间30min-4h。
8.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第五步所述快速热压烧结的条件为：烧结温度为1000-1400℃，保温5-60min，升温速率为10-200℃/min，降温速率为10-150℃/min，压力为5-50MPa。
9.采用权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制得的短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料。
...【技术特征摘要】
1.一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第一步所述低膨胀磷酸盐陶瓷粉体为nzp族化合物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第一步所述烧结助剂为al2o3、zro2、y2o3、mgo、zno2、sio2、tio2、b2o3、la2o3的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第二步所述的短切碳纤维的直径为7-20μm，长度≤20mm，短切碳纤维的加入量为混合总粉体质量的0.5-50wt％。
5.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，第二步所述分散剂选自羧甲基纤维素钠、...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，刘福田，刘瑞祥，崔唐茵，姜凯，田方，刘晓丽，裴晨曦，刘子怡，安宁，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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