專利名稱:一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種生態(tài)陶瓷/金屬基復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的生態(tài)陶瓷/金屬基復(fù)合材料的技術(shù)有1.文章《網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究進(jìn)展》(功能材料[J]，2002，33 (1):22 25);2.文章《遺態(tài)材料的研究理念和研究進(jìn)展》(材料導(dǎo)報(bào)[J]，2006，10 5 7);3.文章《高阻尼木質(zhì)陶瓷/MB15復(fù)合材料的制備及性能分析》(復(fù)合材料學(xué)報(bào)[J]，2003，20 (1)8 11);4.文章《具有網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料》(材料研究學(xué)報(bào)[J]，2002，16 :259 沈2);5.專利名稱《生態(tài)陶瓷/金屬復(fù)合材料的制備方法》，申請(qǐng)?zhí)?02137503. 8，公開號(hào):CN1403620,
公開日:2003. 03. 19 ；6.專利名稱《麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/Sn或C/A1復(fù)合材料的制備方法》，申請(qǐng)?zhí)?00810231642. 7， 公開號(hào):CN101381855，
公開日:2009.3. 11 ；7.專利名稱《麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復(fù)合材料的制備方法》，申請(qǐng)?zhí)?201010301408. 4，公開號(hào):CN101838782,
公開日:2010. 9. 22。
以上公開的技術(shù)主要是涉及木材、竹子、麻纖維和煙桿等天然植物遺態(tài)結(jié)構(gòu)制備生物形態(tài)C陶瓷/金屬復(fù)合材料，這類材料中的C陶瓷組分具有潤滑和減震作用，但沒有強(qiáng)化作用，從而使生物形態(tài)C陶瓷/金屬復(fù)合材料的耐磨性較差，難以工業(yè)應(yīng)用。另外，以上沒有涉及利用苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，解決了現(xiàn)有生物形態(tài)C陶瓷/金屬復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度和耐磨性較差的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法， 具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 對(duì)苧麻纖維進(jìn)行前處理；
步驟2 對(duì)步驟1得到的前處理后的苧麻纖維進(jìn)行真空-壓力浸漬SiA溶膠，得到苧麻 /SiO2前軀體；
步驟3 對(duì)步驟2得到的苧麻/S^2前軀體進(jìn)行絕氧-有氧復(fù)合煅燒，得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體；
步驟4 對(duì)步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體進(jìn)行真空壓力浸滲，得到本發(fā)明苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
其中步驟1中的前處理，具體按照以下步驟實(shí)施包括水洗、打纖、脫膠及堿處理，脫膠采用完全脫膠或不完全脫膠，堿處理是將苧麻纖維在質(zhì)量濃度為5% 25%的NaOH水溶液中浸泡IOh 30h，再用水洗滌至中性，60 105°C干燥2 4h。
其中步驟2中的真空-壓力浸漬，具體按照以下步驟實(shí)施首先，按照摩爾比為1 1 4稱取正硅酸乙酯、乙醇和H2O,混合得到混合溶液，將步驟1得到的前處理后的苧麻纖維浸入該混合溶液中，調(diào)節(jié)PH值為4 5，放置于室溫下Mh，再在60°C水浴環(huán)境下調(diào)節(jié)PH值為8 9，浸漬，待S^2溶膠團(tuán)聚轉(zhuǎn)變成凝膠，在60°C下干燥Mh，然后敲打前驅(qū)體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的S^2凝膠，取出干燥，反復(fù)操作，使S^2與苧麻纖維的重量比達(dá)到3 6 7，得到苧麻/SiO2前驅(qū)體。
其中步驟3中的絕氧-有氧復(fù)合煅燒，具體按照以下步驟實(shí)施將步驟2得到的苧麻/SiA前驅(qū)體放入真空爐或氮?dú)獗Ｗo(hù)管式爐中，在溫度為1400 1500°C條件下，保溫反應(yīng)1 2小時(shí)得到SiC/C復(fù)合材料，再將SiC/C復(fù)合材料在600 800°C有氧煅燒1 池得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體。
其中步驟4中的真空壓力浸滲，具體按照以下步驟實(shí)施設(shè)置溫度為750 SOO0C，壓力為4 5MPa，將鋁合金滲入步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體，鋁合金與多孔SiC陶瓷預(yù)制體的體積比為5 :4。
本發(fā)明的有益效果是，
1、通過苧麻纖維前處理實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，苧麻纖維經(jīng)前處理后分別是苧麻纖維的原麻、堿處理麻和精干麻。
2、利用浸漬工藝優(yōu)化方案改善溶膠-苧麻浸漬均勻性，提高溶膠浸漬率。
3、經(jīng)絕氧-有氧復(fù)合煅燒工藝得到一種苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體。
4、經(jīng)真空壓力浸滲鋁合金得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
本發(fā)明基于苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)，提供一種具有苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)的SiC陶瓷/Al 基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明方法制備得到的苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料具有質(zhì)輕，消振、吸音和減摩耐磨性好的特點(diǎn)，并可以降低熱膨脹系數(shù)和密度，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，具體按照以下步驟實(shí)施 步驟1 對(duì)苧麻纖維進(jìn)行前處理，包括水洗、打纖、脫膠及堿處理，苧麻纖維包括苧麻纖
維的原麻、堿處理麻和精干麻。脫膠采用完全脫膠或不完全脫膠，均采用現(xiàn)有常規(guī)紡織用麻脫膠工藝。堿處理是將天然苧麻纖維在濃度為5wt% 25wt%的NaOH水溶液中浸泡IOh 30h，再用水洗滌至中性(pH = 7)，60 105°C干燥2 4h。
步驟2 對(duì)步驟1得到的前處理后的苧麻纖維進(jìn)行真空-壓力浸漬SiA溶膠，得到苧麻/ SiO2前軀體。首先，按照摩爾比為1 :1 :4稱取正硅酸乙酯(TE0S)、乙醇(C2H5OH)和 H2O,混合得到混合溶液，將步驟1得到的前處理后的苧麻纖維浸入該混合溶液中，調(diào)節(jié)PH 值為4 5，放置于室溫下Mh，再在60°C水浴環(huán)境下調(diào)節(jié)PH值為8 9，并采用多種浸漬方式多次浸漬，待S^2溶膠團(tuán)聚轉(zhuǎn)變成凝膠，在60°C下干燥Mh，然后敲打前驅(qū)體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的SiO2凝膠，取出干燥。經(jīng)反復(fù)操作，使S^2與苧麻纖維的重量比達(dá)到 3 6 7，得到苧麻/SiO2前驅(qū)體。
步驟3 對(duì)步驟2得到的苧麻/ SiO2前軀體進(jìn)行絕氧-有氧復(fù)合煅燒得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷預(yù)制體。將步驟2得到的苧麻/S^2前驅(qū)體放入真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)管式爐，1400 1500°C保溫反應(yīng)1 2小時(shí)燒結(jié)制備具有苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)的SiC/C復(fù)合材料。再將SiC/ C復(fù)合材料在600 800°C有氧煅燒1 池得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體。
步驟4 對(duì)步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體進(jìn)行真空壓力浸滲制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。在真空壓力浸滲裝置中，750 800°C，4 5ΜΙ^壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體，鋁合金與多孔SiC陶瓷預(yù)制體的體積比為5 4，得到本發(fā)明苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
實(shí)施例1
苧麻原麻剪切至5 IOmm長，后浸入事先利用正硅酸乙酯(TE0S)、乙醇(C2H5OH)* H2O 按摩爾比約為1 :1 :4配比的溶液中，并調(diào)節(jié)PH值為4 5，放置于室溫下Mh，再在60°C水浴環(huán)境下調(diào)節(jié)PH值為8 9并輔以超聲振動(dòng)浸漬2h，待SW2溶膠團(tuán)聚轉(zhuǎn)變成凝膠，在60°C 下干燥24h后得到苧麻/S^2前驅(qū)體，然后敲打前驅(qū)體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的S^2 凝膠，取出干燥。反復(fù)操作，使S^2與苧麻原麻達(dá)到重量比為3 7 ；將浸漬干燥后的苧麻原麻/S^2前驅(qū)體放入真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)管式爐，1400°C保溫反應(yīng)池?zé)Y(jié)制備具有苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)的SiC/C復(fù)合材料；將SiC/C復(fù)合材料600°C有氧煅燒得到苧麻形態(tài)多孔SiC ；在真空壓力浸滲裝置中，750°C，5MI^壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔SiC，鋁合金與多孔 SiC陶瓷預(yù)制體的體積比為5 :4，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
實(shí)施例2
苧麻堿處理麻剪切至5 IOmm長，后浸入事先利用正硅酸乙酯(TE0S)、乙醇(C2H5OH) 和吐0按摩爾比約為1 :1 :4配比的溶液中，并調(diào)節(jié)PH值為4 5，放置于室溫下Mh，再在 60°C水浴環(huán)境下調(diào)節(jié)PH值為8 9并采用真空-壓力浸漬2h，待S^2溶膠團(tuán)聚轉(zhuǎn)變成凝膠，在60°C下干燥24h后得到苧麻/S^2前驅(qū)體，然后敲打前驅(qū)體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的SW2凝膠，取出干燥。反復(fù)操作，使SW2與堿處理麻達(dá)到重量比(為3 6 ；將浸漬干燥后的堿處理麻/SW2前驅(qū)體放入真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)管式爐，1450°C保溫反應(yīng)Ih燒結(jié)制備具有苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)的SiC/C復(fù)合材料。將SiC/C復(fù)合材料700°C有氧煅燒Ih得到苧麻形態(tài)多孔SiC ；在真空壓力浸滲裝置中，750°C，壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔SiC，鋁合金與多孔SiC陶瓷預(yù)制體的體積比為5 :4，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
實(shí)施例3
苧麻精干麻剪切至5 IOmm長，后浸入事先利用正硅酸乙酯(TE0S)、乙醇(C2H5OH)和 H2O按摩爾比約為1 :1 :4配比的溶液中，并調(diào)節(jié)PH值為4 5，放置于室溫下Mh，再在60°C 水浴環(huán)境下調(diào)節(jié)PH值為8 9并采用真空-壓力浸漬池，待SW2溶膠團(tuán)聚轉(zhuǎn)變成凝膠，在 60°C下干燥24h后得到苧麻/S^2前驅(qū)體，然后敲打前驅(qū)體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的 SiO2凝膠，取出干燥。反復(fù)操作，使S^2與精干麻達(dá)到重量比為3 7 ；將浸漬干燥后的精干麻/S^2前驅(qū)體放入真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)管式爐，1500°C保溫反應(yīng)Ih燒結(jié)制備具有苧麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)的SiC/C復(fù)合材料。將SiC/C復(fù)合材料700°C有氧煅燒Ih得到苧麻形態(tài)多孔SiC ； 在真空壓力浸滲裝置中，800°C，壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔SiC，鋁合金與多孔SiC陶瓷預(yù)制體的體積比為5 :4，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
從原理方面說明本發(fā)明的有益效果
1.前處理工藝主要實(shí)現(xiàn)對(duì)苧麻纖維化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，前處理中的工藝參數(shù)是經(jīng)正交試驗(yàn)優(yōu)化的參數(shù)，可使苧麻纖維截面膨脹趨圓，中間孔洞明顯增大，纖維壁厚增加，有利于S^2溶液的浸滲。
2.合理的SW2溶液的制備和真空-壓力浸漬中的工藝參數(shù)有利于獲得均勻的 SiO2溶液，提高浸滲均勻性和浸滲率，通過真空-壓力浸滲方式有利于排除苧麻纖維中殘余氣體，確保S^2溶液浸入苧麻纖維微孔中。
3.合理的有氧燒結(jié)及退火工藝可獲得苧麻形態(tài)多孔SiC預(yù)制體，通過退火可消除煅燒缺陷。
4.合理的真空壓力浸滲的工藝參數(shù)有利形成浸滲液流，使鋁合金熔液在壓-吸作用下浸滲入苧麻形態(tài)多孔SiC預(yù)制體。
本發(fā)明制備的苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料，和現(xiàn)有的復(fù)合材料相比，這種新型的陶瓷/金屬復(fù)合材料可抑制基體合金的塑性變形和高溫軟化以及嚴(yán)重的三體磨損。在與物體對(duì)磨時(shí)，由于生態(tài)陶瓷脫落殘余碳層的自潤滑作用及基體合金的熱傳導(dǎo)作用，其摩擦系數(shù)和磨損率要比合金材料的低且穩(wěn)定，使得復(fù)合材料的抗磨性能提高。因陶瓷增強(qiáng)相獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于將集中在點(diǎn)或面上的應(yīng)力迅速在空間范圍內(nèi)分散和傳遞，可顯著提高復(fù)合材料抗沖擊能力。同時(shí)，其基體和增強(qiáng)相三維雙連續(xù)的結(jié)構(gòu)還可能引起結(jié)構(gòu)互鎖效應(yīng)，使得材料具有更高的損傷容限。
權(quán)利要求
1.一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 對(duì)苧麻纖維進(jìn)行前處理；步驟2 對(duì)步驟1得到的前處理后的苧麻纖維進(jìn)行真空-壓力浸漬SiA溶膠，得到苧麻 /SiO2前軀體；步驟3 對(duì)步驟2得到的苧麻/S^2前軀體進(jìn)行絕氧-有氧復(fù)合煅燒，得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體；步驟4 對(duì)步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體進(jìn)行真空壓力浸滲，得到本發(fā)明苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述的步驟1中的前處理，具體按照以下步驟實(shí)施包括水洗、打纖、脫膠及堿處理，脫膠采用完全脫膠或不完全脫膠，堿處理是將苧麻纖維在質(zhì)量濃度為5% 25%的NaOH水溶液中浸泡IOh 30h，再用水洗滌至中性，60 105°C干燥2 4h。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述的步驟2中的真空-壓力浸漬，具體按照以下步驟實(shí)施首先，按照摩爾比為1:1: 4稱取正硅酸乙酯、乙醇和H2O,混合得到混合溶液，將步驟1得到的前處理后的苧麻纖維浸入該混合溶液中，調(diào)節(jié)PH值為4 5，放置于室溫下Mh，再在60°C水浴環(huán)境下調(diào)節(jié)PH值為 8 9，浸漬，待S^2溶膠團(tuán)聚轉(zhuǎn)變成凝膠，在60°C下干燥Mh，然后敲打前驅(qū)體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的SW2凝膠，取出干燥，反復(fù)操作，使SW2與苧麻纖維的重量比達(dá)到3 6 7，得到苧麻/SW2前驅(qū)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述的步驟3中的絕氧-有氧復(fù)合煅燒，具體按照以下步驟實(shí)施將步驟2得到的苧麻 /SiO2前驅(qū)體放入真空爐或氮?dú)獗Ｗo(hù)管式爐中，在溫度為1400 1500°C條件下，保溫反應(yīng) 1 2小時(shí)得到SiC/C復(fù)合材料，再將SiC/C復(fù)合材料在600 800°C有氧煅燒1 池得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述的步驟4中的真空壓力浸滲，具體按照以下步驟實(shí)施設(shè)置溫度為750 800°C，壓力為4 5MPa，將鋁合金滲入步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體，鋁合金與多孔 SiC陶瓷預(yù)制體的體積比為5 :4。
專利摘要
本發(fā)明公開的一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料的方法，首先，對(duì)苧麻纖維進(jìn)行前處理；接著，對(duì)前處理后的苧麻纖維進(jìn)行真空-壓力浸漬SiO2溶膠，得到苧麻/SiO2前軀體；然后，對(duì)苧麻/SiO2前軀體進(jìn)行絕氧-有氧復(fù)合煅燒，得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體；最后，對(duì)苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預(yù)制體進(jìn)行真空壓力浸滲，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料。本發(fā)明方法制備得到的苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復(fù)合材料具有質(zhì)輕，消振、吸音和減摩耐磨性好的特點(diǎn)，并可以降低熱膨脹系數(shù)和密度，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C47/02GKCN102212763SQ201110125768
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年5月16日
發(fā)明者付翀, 劉江南, 姜鳳陽, 徐潔, 楊敏鴿, 王俊勃, 胡新煜, 蘇曉磊, 賀辛亥, 齊樂華 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan