專利名稱:一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合材料制備技術領域：
，涉及一種生態(tài)陶瓷/金屬基復合材料的制備方法，具體涉及一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法。
背景技術：
目前，公知的生態(tài)陶瓷/金屬基復合材料的技術有1.文章《網絡互穿結構復合材料的研究進展》(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展》(材料導報[J]，2006，10 5 7);3.文章《高阻尼木質陶瓷/MB15復合材料的制備及性能分析》(復合材料學報[J]，2003，20 (1)8 11);4.文章《具有網絡互穿結構的木質陶瓷復合材料》(材料研究學報[J]，2002，16 :259 沈2);5.專利名稱《生態(tài)陶瓷/金屬復合材料的制備方法》，申請?zhí)?02137503. 8，公開號:CN1403620,
公開日:2003. 03. 19 ；6.專利名稱《麻纖維遺態(tài)結構C/Sn或C/A1復合材料的制備方法》，申請?zhí)?00810231642. 7， 公開號:CN101381855，
公開日:2009.3. 11 ；7.專利名稱《麻纖維織物結構遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法》，申請?zhí)?201010301408. 4，公開號:CN101838782,
公開日:2010. 9. 22。
以上公開的技術主要是涉及木材、竹子、麻纖維和煙桿等天然植物遺態(tài)結構制備生物形態(tài)C陶瓷/金屬復合材料，這類材料中的C陶瓷組分具有潤滑和減震作用，但沒有強化作用，從而使生物形態(tài)C陶瓷/金屬復合材料的耐磨性較差，難以工業(yè)應用。另外，以上沒有涉及利用苧麻纖維遺態(tài)結構制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，解決了現有生物形態(tài)C陶瓷/金屬復合材料的力學強度和耐磨性較差的問題。
本發(fā)明所采用的技術方案是，一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法， 具體按照以下步驟實施
步驟1 對苧麻纖維進行前處理；
步驟2 對步驟1得到的前處理后的苧麻纖維進行真空-壓力浸漬SiA溶膠，得到苧麻 /SiO2前軀體；
步驟3 對步驟2得到的苧麻/S^2前軀體進行絕氧-有氧復合煅燒，得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體；
步驟4 對步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體進行真空壓力浸滲，得到本發(fā)明苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
本發(fā)明的特點還在于，
其中步驟1中的前處理，具體按照以下步驟實施包括水洗、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)境下調節(jié)PH值為8 9，浸漬，待S^2溶膠團聚轉變成凝膠，在60°C下干燥Mh，然后敲打前驅體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的S^2凝膠，取出干燥，反復操作，使S^2與苧麻纖維的重量比達到3 6 7，得到苧麻/SiO2前驅體。
其中步驟3中的絕氧-有氧復合煅燒，具體按照以下步驟實施將步驟2得到的苧麻/SiA前驅體放入真空爐或氮氣保護管式爐中，在溫度為1400 1500°C條件下，保溫反應1 2小時得到SiC/C復合材料，再將SiC/C復合材料在600 800°C有氧煅燒1 池得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體。
其中步驟4中的真空壓力浸滲，具體按照以下步驟實施設置溫度為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陶瓷預制體，鋁合金與多孔SiC陶瓷預制體的體積比為5 :4。
本發(fā)明的有益效果是，
1、通過苧麻纖維前處理實現化學成分和微觀結構調控，苧麻纖維經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、經絕氧-有氧復合煅燒工藝得到一種苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體。
4、經真空壓力浸滲鋁合金得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
本發(fā)明基于苧麻纖維遺態(tài)結構，提供一種具有苧麻纖維遺態(tài)結構的SiC陶瓷/Al 基復合材料的制備方法。本發(fā)明方法制備得到的苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料具有質輕，消振、吸音和減摩耐磨性好的特點，并可以降低熱膨脹系數和密度，具有更廣闊的應用前景。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，具體按照以下步驟實施 步驟1 對苧麻纖維進行前處理，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 對步驟1得到的前處理后的苧麻纖維進行真空-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溶膠團聚轉變成凝膠，在60°C下干燥Mh，然后敲打前驅體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的SiO2凝膠，取出干燥。經反復操作，使S^2與苧麻纖維的重量比達到 3 6 7，得到苧麻/SiO2前驅體。
步驟3 對步驟2得到的苧麻/ SiO2前軀體進行絕氧-有氧復合煅燒得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷預制體。將步驟2得到的苧麻/S^2前驅體放入真空或氮氣保護管式爐，1400 1500°C保溫反應1 2小時燒結制備具有苧麻纖維遺態(tài)結構的SiC/C復合材料。再將SiC/ C復合材料在600 800°C有氧煅燒1 池得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體。
步驟4 對步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體進行真空壓力浸滲制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。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陶瓷預制體，鋁合金與多孔SiC陶瓷預制體的體積比為5 4，得到本發(fā)明苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
實施例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)境下調節(jié)PH值為8 9并輔以超聲振動浸漬2h，待SW2溶膠團聚轉變成凝膠，在60°C 下干燥24h后得到苧麻/S^2前驅體，然后敲打前驅體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的S^2 凝膠，取出干燥。反復操作，使S^2與苧麻原麻達到重量比為3 7 ；將浸漬干燥后的苧麻原麻/S^2前驅體放入真空或氮氣保護管式爐，1400°C保溫反應池燒結制備具有苧麻纖維遺態(tài)結構的SiC/C復合材料；將SiC/C復合材料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陶瓷預制體的體積比為5 :4，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
實施例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)境下調節(jié)PH值為8 9并采用真空-壓力浸漬2h，待S^2溶膠團聚轉變成凝膠，在60°C下干燥24h后得到苧麻/S^2前驅體，然后敲打前驅體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的SW2凝膠，取出干燥。反復操作，使SW2與堿處理麻達到重量比(為3 6 ；將浸漬干燥后的堿處理麻/SW2前驅體放入真空或氮氣保護管式爐，1450°C保溫反應Ih燒結制備具有苧麻纖維遺態(tài)結構的SiC/C復合材料。將SiC/C復合材料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陶瓷預制體的體積比為5 :4，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
實施例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)境下調節(jié)PH值為8 9并采用真空-壓力浸漬池，待SW2溶膠團聚轉變成凝膠，在 60°C下干燥24h后得到苧麻/S^2前驅體，然后敲打前驅體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的 SiO2凝膠，取出干燥。反復操作，使S^2與精干麻達到重量比為3 7 ；將浸漬干燥后的精干麻/S^2前驅體放入真空或氮氣保護管式爐，1500°C保溫反應Ih燒結制備具有苧麻纖維遺態(tài)結構的SiC/C復合材料。將SiC/C復合材料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陶瓷預制體的體積比為5 :4，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
從原理方面說明本發(fā)明的有益效果
1.前處理工藝主要實現對苧麻纖維化學成分和微觀結構的調控，前處理中的工藝參數是經正交試驗優(yōu)化的參數，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.合理的有氧燒結及退火工藝可獲得苧麻形態(tài)多孔SiC預制體，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預制體。
本發(fā)明制備的苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料，和現有的復合材料相比，這種新型的陶瓷/金屬復合材料可抑制基體合金的塑性變形和高溫軟化以及嚴重的三體磨損。在與物體對磨時，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作用，其摩擦系數和磨損率要比合金材料的低且穩(wěn)定，使得復合材料的抗磨性能提高。因陶瓷增強相獨特的三維網絡結構有利于將集中在點或面上的應力迅速在空間范圍內分散和傳遞，可顯著提高復合材料抗沖擊能力。同時，其基體和增強相三維雙連續(xù)的結構還可能引起結構互鎖效應，使得材料具有更高的損傷容限。
權利要求
1.一種制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施步驟1 對苧麻纖維進行前處理；步驟2 對步驟1得到的前處理后的苧麻纖維進行真空-壓力浸漬SiA溶膠，得到苧麻 /SiO2前軀體；步驟3 對步驟2得到的苧麻/S^2前軀體進行絕氧-有氧復合煅燒，得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體；步驟4 對步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體進行真空壓力浸滲，得到本發(fā)明苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。
2.根據權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，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.根據權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，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)境下調節(jié)PH值為 8 9，浸漬，待S^2溶膠團聚轉變成凝膠，在60°C下干燥Mh，然后敲打前驅體抖落掉粘附在苧麻纖維表面的SW2凝膠，取出干燥，反復操作，使SW2與苧麻纖維的重量比達到3 6 7，得到苧麻/SW2前驅體。
4.根據權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，所述的步驟3中的絕氧-有氧復合煅燒，具體按照以下步驟實施將步驟2得到的苧麻 /SiO2前驅體放入真空爐或氮氣保護管式爐中，在溫度為1400 1500°C條件下，保溫反應 1 2小時得到SiC/C復合材料，再將SiC/C復合材料在600 800°C有氧煅燒1 池得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體。
5.根據權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料的方法，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施設置溫度為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陶瓷預制體，鋁合金與多孔 SiC陶瓷預制體的體積比為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基復合材料的方法，首先，對苧麻纖維進行前處理；接著，對前處理后的苧麻纖維進行真空-壓力浸漬SiO2溶膠，得到苧麻/SiO2前軀體；然后，對苧麻/SiO2前軀體進行絕氧-有氧復合煅燒，得到苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體；最后，對苧麻形態(tài)多孔SiC陶瓷預制體進行真空壓力浸滲，得到苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料。本發(fā)明方法制備得到的苧麻形態(tài)SiC陶瓷/Al基復合材料具有質輕，消振、吸音和減摩耐磨性好的特點，并可以降低熱膨脹系數和密度，具有更廣闊的應用前景。
文檔編號C22C47/02GKCN102212763SQ201110125768
公開日2011年10月12日 申請日期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 申請人:西安工程大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan