本發(fā)明涉及阻尼材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球。
背景技術(shù)：
近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，振動(dòng)和噪聲給經(jīng)濟(jì)社會(huì)的正常發(fā)展帶來越來越多的消極影響，因此，人們?cè)诓粩嗟奶剿骱脱芯繙p振降噪的途徑。
在阻尼減振方面，現(xiàn)主要有兩種途徑：一種是設(shè)計(jì)和采用阻尼減振結(jié)構(gòu)；另一種是研制和使用高阻尼材料。阻尼的基本原理是能量損耗，因此各種阻尼技術(shù)都是圍繞如何把受激發(fā)振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能(如熱能、變形能等)而使系統(tǒng)盡快恢復(fù)到受激前的狀態(tài)。
灌封材料是一種阻尼材料，用于灌注到機(jī)械設(shè)備中的零部件中的內(nèi)空腔中，例如：機(jī)械設(shè)備中的鋼管中的空腔中，機(jī)械設(shè)備中的空心壁中的空腔中，構(gòu)成阻尼結(jié)構(gòu)，可以顯著地對(duì)該機(jī)械設(shè)備進(jìn)行減振降噪。
對(duì)于灌封材料，傳統(tǒng)的聚合物阻尼性能較好，但是其密度較高；泡沫塑料密度低，且有一定的阻尼能力，但是存在強(qiáng)度差、化學(xué)發(fā)泡成型過程難以控制等缺陷，因此為了降低聚合物材料的密度，同時(shí)又能具有一定的阻尼性能，采用氧化鋁空心球?qū)Νh(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，得到一種氧化鋁空心球環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其屬于顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。氧化鋁空心球環(huán)氧樹脂復(fù)合材料失效的主要原因之一是氧化鋁空心球破裂。
氧化鋁空心球的制備方法有很多，其中比較流行的是模板法，例如：以膠體碳球?yàn)槟０?吸附的模板法制備氧化鋁空心球：以乙醇為溶劑，配制0.4mol·l-1的硝酸鋁溶液，取60ml的硝酸鋁溶液，加入0.2g膠體碳球(直徑約為600nm)，超聲20min后在25℃(吸附溫度)下靜置8h(吸附時(shí)間)，以便膠體碳球?qū)θ芤褐械腶l3+進(jìn)行充分吸附，然后將溶液進(jìn)行抽濾，所得固體放入80℃烘箱中烘干，然后將干燥的粉末進(jìn)行煅燒，其煅燒過程為，在氮?dú)鈿夥障拢謩e在330℃和440℃下煅燒3h，隨后在550℃下，氧氣氛圍煅燒3h，所得產(chǎn)品即為氧化鋁空心球，所得氧化鋁空心球的平均粒徑為250nm，其殼層壁厚約為20nm。
仔細(xì)審閱上述的制備方法，顯而易見地，存在以下幾個(gè)問題：
1.制備周期太長，如此少量的原料，其吸附時(shí)間要8h，煅燒時(shí)間要9h，加起來就是17h，工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的時(shí)候肯定不會(huì)短于該制備周期；2.膠體碳球吸附完成后，目標(biāo)產(chǎn)品氧化鋁空心球的壁厚就大致固定不變了，在氮?dú)忪褵^程中，膠體碳球會(huì)氣化從殼內(nèi)穿透殼壁跑到殼外，顯然此時(shí)如此大厚度的殼壁會(huì)延長膠體碳球的氣化氣的穿透時(shí)間，在氧氣煅燒過程中，殼外的氧氣會(huì)先氧化最外側(cè)的鋁粒子，然后逐漸向內(nèi)擴(kuò)散，最終將整個(gè)壁厚的鋁粒子全部氧化成氧化鋁，顯然此時(shí)如此大厚度的殼壁會(huì)延長氧氣的氧化擴(kuò)散時(shí)間；3.煅燒溫度太低，最高溫度只有500多度，其實(shí)此處的煅燒類似于陶器與瓷器的燒制，陶器的燒制溫度比較低，在700℃-800℃，陶器就硬度強(qiáng)度不夠?qū)е乱姿椋善鞯臒茰囟缺容^高，在1100℃-1400℃，瓷器的硬度強(qiáng)度就比較高，此處煅燒溫度僅有500多度，比陶器的燒制溫度還低，顯然煅燒得到的氧化鋁空心球的強(qiáng)度硬度高不到那里去，導(dǎo)致氧化鋁空心球容易破裂；4.膠體碳球憑借靜電力將溶液中的al3+吸附到自身上，靜電中和，鋁離子變成鋁原子，因此，后面的氧化煅燒過程就類似于粉末冶金中的氧化燒結(jié)，只是粉末冶金中在燒結(jié)之前會(huì)將松散的粉末通過高壓壓制成形以使得燒結(jié)前的待燒結(jié)物是一個(gè)致密物，但是此處的氧化煅燒之前沒有對(duì)鋁原子進(jìn)行壓制，也就是吸附在膠體碳球上的鋁原子是松散的、簡單疊加的狀態(tài)，也正是因?yàn)樵撛?，使得煅燒完成后，得到的氧化鋁空心球的平均粒徑只有250nm，相比于600nm的膠體碳球減小了60％，體積收縮率非常大，導(dǎo)致制得的氧化鋁空心球的粒徑非常不容易控制，非常容易被工藝參數(shù)所影響，導(dǎo)致氧化鋁空心球的殼壁在大收縮率的收縮過程中非常容易塌陷，塌陷會(huì)造成氧化鋁空心球的內(nèi)壁面發(fā)生連接，得到實(shí)心的氧化鋁球，而不是空心球，再者顯然松散的、簡單疊加的狀態(tài)的鋁原子煅燒后得到的氧化鋁空心球的強(qiáng)度硬度高不到那里去，導(dǎo)致氧化鋁空心球容易破裂。
因此，如何減少氧化鋁空心球的制備周期，提高氧化鋁空心球的強(qiáng)度硬度，進(jìn)而提高氧化鋁空心球環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的阻尼性能以及使用壽命是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球，該氧化鋁空心球的制備周期較短，強(qiáng)度硬度較高，能夠提高氧化鋁空心球環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的阻尼性能以及使用壽命。
為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
一種用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球，包括薄壁氧化鋁空心球以及混合燒結(jié)層；
所述薄壁氧化鋁空心球?yàn)椴捎靡阅z體碳球?yàn)槟０迩乙韵跛徜X為鋁源且吸附鋁離子的模板法制得的薄壁氧化鋁空心球；
所述混合燒結(jié)層為通過造球、冷等靜壓壓制成形以及粉末燒結(jié)制得的玄武巖纖維與氧化鋁粉末的混合燒結(jié)層；
所述混合燒結(jié)層包覆在所述薄壁氧化鋁空心球的整個(gè)外球面上，且所述混合燒結(jié)層與所述薄壁氧化鋁空心球的外球面之間為粉末燒結(jié)連接；
所述氧化鋁空心球包括球殼以及所述球殼中包裹的空腔，所述氧化鋁空心球的球殼為由所述薄壁氧化鋁空心球的球殼與所述混合燒結(jié)層通過粉末燒結(jié)連接構(gòu)成的一體式結(jié)構(gòu)；
所述玄武巖纖維嵌置在所述混合燒結(jié)層中。
優(yōu)選的，所述氧化鋁空心球的粒徑為100μm～200μm，所述氧化鋁空心球的壁厚為5μm～10μm。
優(yōu)選的，所述氧化鋁粉末的粒徑為200nm～250nm。
優(yōu)選的，所述玄武巖纖維的長度為1.0μm～15μm。
優(yōu)選的，所述薄壁氧化鋁空心球的壁厚為所述氧化鋁空心球的壁厚的30％～40％。
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球，包括薄壁氧化鋁空心球以及混合燒結(jié)層；所述混合燒結(jié)層包覆在所述薄壁氧化鋁空心球的整個(gè)外球面上，且所述混合燒結(jié)層與所述薄壁氧化鋁空心球的外球面之間為粉末燒結(jié)連接；所述氧化鋁空心球的球殼為由所述薄壁氧化鋁空心球的球殼與所述混合燒結(jié)層通過粉末燒結(jié)連接構(gòu)成的一體式結(jié)構(gòu)；所述玄武巖纖維嵌置在所述混合燒結(jié)層中；首先采用以膠體碳球?yàn)槟０迩乙韵跛徜X為鋁源且吸附鋁離子的模板法制得薄壁氧化鋁空心球，過程中控制工藝參數(shù)以使得薄壁氧化鋁空心球的壁厚為氧化鋁空心球的壁厚的30％～40％，然后再以該薄壁氧化鋁空心球?yàn)榍蚝诉M(jìn)行造球，通過粉末冶金技術(shù)在該薄壁氧化鋁空心球的外球面上燒結(jié)一層摻混有玄武巖纖維的氧化鋁粉末，用玄武巖纖維與氧化鋁粉末的燒結(jié)層的厚度來補(bǔ)齊氧化鋁空心球的壁厚的剩余的60％～70％；薄壁氧化鋁空心球的壁厚比較小，從而減小了模板法制備薄壁氧化鋁空心球的制備周期，減小了膠體碳球的氣化氣穿透薄壁氧化鋁空心球的殼壁的穿透時(shí)間，減小了氧氣在薄壁氧化鋁空心球的殼壁中的氧化擴(kuò)散時(shí)間，采用高溫?zé)Y(jié)玄武巖纖維與氧化鋁粉末的混合物，且采用冷等靜壓壓制成形，提高了燒結(jié)產(chǎn)物的強(qiáng)度硬度，大大減小了燒結(jié)過程中的收縮率，不會(huì)塌陷，從而減少了氧化鋁空心球的制備周期，提高了氧化鋁空心球的強(qiáng)度硬度，進(jìn)而提高了氧化鋁空心球環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的阻尼性能以及使用壽命。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球，包括薄壁氧化鋁空心球以及混合燒結(jié)層；
所述薄壁氧化鋁空心球?yàn)椴捎靡阅z體碳球?yàn)槟０迩乙韵跛徜X為鋁源且吸附鋁離子的模板法制得的薄壁氧化鋁空心球；
所述混合燒結(jié)層為通過造球、冷等靜壓壓制成形以及粉末燒結(jié)制得的玄武巖纖維與氧化鋁粉末的混合燒結(jié)層；
所述混合燒結(jié)層包覆在所述薄壁氧化鋁空心球的整個(gè)外球面上，且所述混合燒結(jié)層與所述薄壁氧化鋁空心球的外球面之間為粉末燒結(jié)連接；
所述氧化鋁空心球包括球殼以及所述球殼中包裹的空腔，所述氧化鋁空心球的球殼為由所述薄壁氧化鋁空心球的球殼與所述混合燒結(jié)層通過粉末燒結(jié)連接構(gòu)成的一體式結(jié)構(gòu)；
所述玄武巖纖維嵌置在所述混合燒結(jié)層中。
本申請(qǐng)還提供了一種上述用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球的制備方法，包括以下步驟：
1)制備薄壁氧化鋁空心球：采用以膠體碳球?yàn)槟０迩乙韵跛徜X為鋁源且吸附鋁離子的模板法制得薄壁氧化鋁空心球，制備過程中控制工藝參數(shù)以使得薄壁氧化鋁空心球的壁厚為氧化鋁空心球的壁厚的30％～40％；
2)造球：取石蠟溶于乙醇中，制得液態(tài)粘結(jié)劑；
將液態(tài)粘結(jié)劑以及玄武巖纖維與氧化鋁粉末混合；
以步驟1)中的得到的薄壁氧化鋁空心球?yàn)榍蚝?，在造球裝置中將薄壁氧化鋁空心球與液態(tài)粘結(jié)劑、玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的混合物接觸，利用造球裝置使得薄壁氧化鋁空心球的外球面上通過粘結(jié)連接包覆有液態(tài)粘結(jié)劑、玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的混合物并最終成為球狀物；
3)對(duì)步驟2)得到的球狀物進(jìn)行加熱以脫除乙醇；
4)冷等靜壓壓制成形：將步驟3)中脫除乙醇后的球狀物投入僅有上面開口的壓力容器中的水中，然后利用密封蓋密封壓力容器的上端開口且所述密封蓋可以上下移動(dòng)，然后利用外力將所述密封蓋下壓對(duì)壓力容器中的水進(jìn)行加壓，密封蓋下壓所產(chǎn)生的壓力會(huì)通過水的傳遞對(duì)水中的球狀物進(jìn)行冷等靜壓壓制成形；
5)對(duì)步驟4)中的冷等靜壓壓制成形后的球狀物進(jìn)行加熱干燥脫水；
6)燒結(jié)：將步驟5)中的干燥脫水后的球狀物在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100℃～1400℃，制得氧化鋁空心球。
上述步驟1)中，采用以膠體碳球?yàn)槟０迩乙韵跛徜X為鋁源且吸附鋁離子的模板法制備薄壁氧化鋁空心球，為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)對(duì)其具體工藝步驟以及工藝參數(shù)不做限制，采用現(xiàn)有技術(shù)即可；制備過程中控制工藝參數(shù)以使得薄壁氧化鋁空心球的壁厚為氧化鋁空心球的壁厚的30％～40％，此處的工藝參數(shù)主要是吸附時(shí)間、吸附溫度、煅燒時(shí)間以及煅燒溫度；此處薄壁氧化鋁空心球只是作為造球球核，其壁厚較薄，因此，吸附時(shí)間以及煅燒時(shí)間均會(huì)大幅度減少，從而縮短了薄壁氧化鋁空心球的制備周期，并最終多多少少地會(huì)縮短氧化鋁空心球的整個(gè)制備周期；此處薄壁氧化鋁空心球只是作為造球球核，其壁厚較薄，因此，如此薄的壁厚會(huì)顯著減少膠體碳球的氣化氣的穿透時(shí)間，如此薄的壁厚會(huì)減少氧氣的氧化擴(kuò)散時(shí)間，從而縮短了薄壁氧化鋁空心球的制備周期，并最終多多少少地會(huì)縮短氧化鋁空心球的整個(gè)制備周期。
上述步驟2)中，將液態(tài)粘結(jié)劑以及玄武巖纖維與氧化鋁粉末混合，玄武巖纖維與氧化鋁粉末一起燒結(jié)，二者燒結(jié)為一體結(jié)構(gòu)；薄壁氧化鋁空心球經(jīng)氧化煅燒而成，其為氧化鋁材質(zhì)，后面包覆的也是氧化鋁粉末，二者為同一材質(zhì)，在后面的1100℃～1400℃的燒結(jié)過程中，薄壁氧化鋁空心球的外球面會(huì)與包覆在其上的氧化鋁粉末發(fā)生燒結(jié)連接，二者之間不會(huì)存在明顯的分層，因此，最終得到的氧化鋁空心球的球殼為一體式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)沒有分層，一體式殼壁結(jié)構(gòu)使得氧化鋁空心球具有較高的硬度強(qiáng)度；因此，上述的玄武巖纖維為嵌置在氧化鋁空心球的球殼中，形成了纖維強(qiáng)化，進(jìn)一步地提高了氧化鋁空心球的硬度強(qiáng)度，減少了氧化鋁空心球的破裂。
上述步驟2)中，添加的粘結(jié)劑石蠟，會(huì)在步驟5)以及步驟6)中的加熱溫度下逐漸氣化揮發(fā)，從而被脫除。
上述步驟4)中，采用冷等靜壓壓制成形技術(shù)對(duì)包覆在薄壁氧化鋁空心球的外球面上的液態(tài)粘結(jié)劑、玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的混合物進(jìn)行壓制，使得玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的包覆混合物不是松散的、簡單疊加的狀態(tài)，是壓制后的致密狀態(tài)，該致密狀態(tài)顯然使得高溫?zé)Y(jié)前后球狀物不會(huì)發(fā)生明顯的體積收縮，大大減小了燒結(jié)過程中的收縮率，不會(huì)塌陷，使得氧化鋁空心球的粒徑更容易控制，該致密狀態(tài)顯然還會(huì)顯著提高燒結(jié)產(chǎn)物的硬度與強(qiáng)度，減少了氧化鋁空心球的破裂。
上述步驟6)中，采用1100℃～1400℃的燒結(jié)高溫，對(duì)致密的玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的包覆混合物進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度足夠高，會(huì)顯著提高燒結(jié)產(chǎn)物的硬度與強(qiáng)度，減少了氧化鋁空心球的破裂。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟1)中，所述硝酸鋁溶液以乙醇為溶劑，且濃度為0.4mol·l-1。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟3)中，對(duì)球狀物進(jìn)行加熱以脫除乙醇的加熱溫度為30℃～35℃。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟4)中，冷等靜壓壓制成形的壓力為0.5mpa～10mpa，此處成形壓力不宜像粉末冶金技術(shù)中通常采用的成形壓力那樣大，過大的成形壓力會(huì)將作為球核的薄壁氧化鋁空心球壓裂，應(yīng)該采用比較小的成形壓力。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟5)中，對(duì)冷等靜壓壓制成形后的球狀物進(jìn)行加熱干燥脫水的加熱溫度為200℃～400℃。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟6)中，燒結(jié)時(shí)間為1h～2h。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化鋁空心球的粒徑為100μm～200μm，所述氧化鋁空心球的壁厚為5μm～10μm。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化鋁粉末的粒徑為200nm～250nm。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述玄武巖纖維的長度為1.0μm～15μm。
本發(fā)明未詳盡描述的方法和裝置均為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1
一種用于阻尼減振降噪的氧化鋁空心球的制備方法，包括以下步驟：
1)制備薄壁氧化鋁空心球：采用以膠體碳球?yàn)槟０迩乙韵跛徜X為鋁源且吸附鋁離子的模板法制得薄壁氧化鋁空心球，制備過程中控制工藝參數(shù)以使得薄壁氧化鋁空心球的壁厚為氧化鋁空心球的壁厚的35％；
所述硝酸鋁溶液以乙醇為溶劑，且濃度為0.4mol·l-1；
2)造球：取石蠟溶于乙醇中，制得液態(tài)粘結(jié)劑；
將液態(tài)粘結(jié)劑以及玄武巖纖維與氧化鋁粉末混合；
以步驟1)中的得到的薄壁氧化鋁空心球?yàn)榍蚝耍谠烨蜓b置中將薄壁氧化鋁空心球與液態(tài)粘結(jié)劑、玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的混合物接觸，利用造球裝置使得薄壁氧化鋁空心球的外球面上通過粘結(jié)連接包覆有液態(tài)粘結(jié)劑、玄武巖纖維以及氧化鋁粉末的混合物并最終成為球狀物；
所述氧化鋁粉末的粒徑為225nm；
所述玄武巖纖維的長度為2.5μm；
3)對(duì)步驟2)得到的球狀物進(jìn)行加熱以脫除乙醇；
對(duì)球狀物進(jìn)行加熱以脫除乙醇的加熱溫度為32℃；
4)冷等靜壓壓制成形：將步驟3)中脫除乙醇后的球狀物投入僅有上面開口的壓力容器中的水中，然后利用密封蓋密封壓力容器的上端開口且所述密封蓋可以上下移動(dòng)，然后利用外力將所述密封蓋下壓對(duì)壓力容器中的水進(jìn)行加壓，密封蓋下壓所產(chǎn)生的壓力會(huì)通過水的傳遞對(duì)水中的球狀物進(jìn)行冷等靜壓壓制成形；
冷等靜壓壓制成形的壓力為2mpa；
5)對(duì)步驟4)中的冷等靜壓壓制成形后的球狀物進(jìn)行加熱干燥脫水；
對(duì)冷等靜壓壓制成形后的球狀物進(jìn)行加熱干燥脫水的加熱溫度為350℃；
6)燒結(jié)：將步驟5)中的干燥脫水后的球狀物在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200℃，制得氧化鋁空心球。
步驟6)中，燒結(jié)時(shí)間為2h。
所述氧化鋁空心球的粒徑為120μm，所述氧化鋁空心球的壁厚為10μm。
本文中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。