[发明专利]一种网状玄武岩纤维增强陶瓷基材料的制备方法

说明书

一种网状玄武岩纤维增强陶瓷基材料的制备方法。将工业生产的陶瓷废料加以回收和利用，采取固相反应、浸润、涂覆等易于操作的试验方法，涉及到的PTFE、树脂、乙二醇、碳酸钠、无水乙醇等物质简单易得。依据陶瓷粉体和玄武岩纤维布的结构特点，采用“双向”界面改性的方式，改善了界面之间的结合，借助树脂和玄武岩纤维布优异的包裹相容性能，将抗冲击力、抗应力拉伸、质轻、耐高温的玄武岩纤维布和陶瓷粉体结合，构建了具有网状结构的“玄武岩纤维布——树脂——陶瓷粉体”多元体系。该方法具有绿色、环保、低成本和简单易行的技术特点，所制备的网状玄武岩纤维增强陶瓷基材料结构稳定，耐摩擦磨损性能优异，耐高温能力强，摩擦系数大，轻质高强。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种网状玄武岩纤维增强陶瓷基材料的制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料是指以陶瓷粉料为基体，辅以多种纤维作为增强体的复合型材料，因其具有优异的力学性能和化学稳定性，该类材料主要应用于飞行器耐热元件、导弹天线罩、载重汽车刹车片等航空和工程器械领域[Lu G F,Qiao S R,Xu Y.Journal ofMaterials Engineering,2014(11):107-112.]。

陶瓷基复合材料的复合形式主要分为连续增强和非连续增强两种。连续增强型陶瓷基复合材料是目前市场上的应用较为成熟，其增强体主要为短纤维、晶须、颗粒等，采用料浆浇铸法、热压烧结法等简易方法实现材料的成型，生产制造成本低，但材料结构的不可控、固相粘结等缺陷阻碍了材料的进一步发展。非连续增强型陶瓷基复合材料可以实现对材料结构的调控，可以应用于强酸碱、高温、高冲击和自清洁涂层等多个工作环境，但因其成本昂贵、生产周期长，目前未实现大规模普及和应用[Bolin H E,Jia S.MaterialsReview,2009.]。

目前的陶瓷基复合材料仍未实现对材料结构的低成本把控，生产的模式主要以干混、湿混、高温烧结等传统陶瓷生产模式为主，目前研究重点主要集中在对树脂的含量、升温制度、陶瓷粉体的类型、纤维的长短、纤维的类别等因素上，未来的研究试图通过对晶粒尺寸和分布、结构的准确控制实现对固相反应过程的调控，实现低温、简易、低成本的结构化控制和高性能的陶瓷基复合材料生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网状玄武岩纤维增强陶瓷基材料的制备方法，该方法能够通过对玄武岩纤维和陶瓷粉体的表面改性来构建空间网状结构，提升陶瓷基复合材料的结构稳定性和力学性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

步骤一：按质量百分比将30～60％的陶瓷粉体与40～70％的PTFE混合溶液混合，得到具一定黏性的陶瓷粉体A；

步骤二：将玄武岩纤维布在200～400℃固相反应后用乙醇溶液清洗，取出后烘干，得到网状固体B；

步骤三：取网状固体B放在羟基化溶液中浸泡1～3h，取出在40～60℃烘干，得到表面羟基化的网状固体C；

步骤四：取网状固体C浸泡在硅烷偶联剂溶液中0.5～2.5h，取出在60～80℃烘干，得到表面二次改性的网状固体D；

步骤五：通过涂覆或喷涂将软化的树脂和20～100层网状固体D叠加结合，得到预制体E，其中预制体的树脂质量分数为50～90％；

步骤六：在热压机上借助模具在预制体E上下表面铺设2-5mm的陶瓷粉体A成型，调节热压温度120～180℃，加热时长20～40mins，压力范围20～60MPa，脱模后得到一种网状玄武岩纤维增强陶瓷基材料。

所述步骤一的陶瓷粉体为二氧化硅、氧化钙、氧化铁，钛酸钙、钛酸铜钙、氧化钾、氧化镁的一种或多种混合物。

所述步骤一的PTFE混合溶液由40～60％PTFE、30～50％去离子水、5～25％碳酸钠和5～10％三聚磷酸钠混合组成。