[发明专利]一种氧化铝纤维布纤维界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维布

说明书

本发明涉及一种氧化铝纤维布纤维界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维布。所述方法为：(1)制备温度不大于5℃的磷酸镧前驱体溶液；(2)在真空以及温度不大于10℃的条件下，采用所述磷酸镧前驱体溶液对氧化铝纤维布进行真空浸渍；(3)将经过真空浸渍后的氧化铝纤维布在室温下放置10～15h或在50～70℃下保温1～2h，然后依次经过清洗、干燥和高温处理的步骤，由此完成氧化铝纤维布纤维界面改性。本发明方法工艺简单，无需复杂设备及试剂，成本低廉；采用本发明工艺改性后纤维织物制备的氧化铝纤维增强氧化铝复合材料长时高温处理后仍有较高的强度。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种氧化铝纤维布纤维界面改性的方法及由此制得的改性氧化铝纤维布。

背景技术

航空发动机燃烧室、高超声速飞机前机身前缘和边条翼等热端部件对高温、高强、高抗氧化性材料提出了迫切需求。现有耐高温陶瓷材料体系中，均质陶瓷材料由于韧性不足、抗热震性能较差，难以满足热端部件高温下可重复使用的要求。由于纤维的补强增韧作用可以使材料的韧性大幅度提高，纤维增强陶瓷基复合材料是航空发动机内部热结构件、高超声速飞机热端部件的优选材料。现有纤维增强陶瓷基复合材料种类较多，其中C_f/SiC、SiC_f/SiC陶瓷基复合材料具有良好的力学性能和耐高温性能，但是这些材料在高温有氧环境尤其在水氧气氛下，性能稳定性较差，不能长时可重复使用。石英纤维增强陶瓷基复合材料具有很好的抗氧化性能，但该材料的使用温度不超过1000℃、高温力学性能不足，难以满足热端构件高温力学承载的需求。氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料，具有耐高温、抗氧化、抗水氧腐蚀、力学强度高的优点，同时具有很好的耐热冲击能力，是航空发动机内部热结构件、飞行器热端部件的较优材料方案。未经表面处理的氧化铝纤维与基体在高温条件下容易形成较强的界面作用，在外界载荷作用下，基体裂纹容易向纤维本体扩展，引起材料脆性破坏。为此，在氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的制备过程中，需要对纤维进行界面改性，实现基体与纤维在高温条件下相对弱的界面结合。

氧化铝纤维可在编织成织物前进行界面涂层改性，但在织物编织过程中，纤维表面界面层容易损伤，因此工程应用中通常直接对氧化铝纤维织物进行界面改性。中国专利申请CN106699209A采用聚合物前驱体浸渍裂解的方式对氧化铝纤维织物进行多孔氧化物界面改性，实现复合材料纤维与基体较弱的界面作用，但该专利申请需用到有机溶剂，对所用原料及设备有较高的要求，并且对织物进行界面改性的周期较长。中国专利申请CN104926341A采用化学气相沉积的方式对氧化铝纤维织物进行碳层界面改性，由于织物外部纤维的阻碍作用，对于厚度较大的织物，织物内部纤维界面改性难度较大，气相沉积的均匀性难以保障，此外该专利申请同样存在所用原料及设备成本较高，对织物进行界面改性的周期较长的问题，而且采用碳层进行纤维的界面改性，在高温水氧环境下，界面层容易裂解，材料的高温重复使用性存在问题。

针对上述问题，非常有必要提供一种氧化铝纤维布纤维界面改性的新方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有氧化铝织物纤维界面改性方法的不足，提供一种较为简单、成本较低、周期较短的工艺方法对氧化铝纤维布中纤维进行界面改性。本发明方法采用水做溶剂，所用原料为常用无机盐及无机酸碱，反应条件温和；本发明所采用的磷酸镧界面层具有良好的高温抗氧化性，采用本发明工艺改性后纤维织物制备的氧化铝纤维增强氧化铝复合材料长时高温处理后仍有较高的强度。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种氧化铝纤维布纤维界面改性的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备温度不大于5℃的磷酸镧前驱体溶液；

(2)在真空以及温度不大于10℃的条件下，采用所述磷酸镧前驱体溶液对氧化铝纤维布进行真空浸渍；

(3)将经过真空浸渍后的氧化铝纤维布在室温下放置10～15h或在50～70℃下保温1～2h，然后依次经过清洗、烘干和高温处理的步骤，由此完成氧化铝纤维布纤维界面改性。