[发明专利]一种提高氧化锆纤维力学性能的涂料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种提高氧化锆纤维力学性能的涂料及其制备方法，属于化工技术领域，也属于热防护领域。首先，制作涂料；其次，将涂料涂覆在氧化锆纤维表面形成涂层；最后，高温处理涂层使得涂层与氧化锆纤维形成紧密结合，并最终对比测试氧化锆纤维涂覆涂层之后的力学性能明显得到了提高。

技术领域

本发明涉及一种提高氧化锆纤维力学性能的涂料及其制备方法，属于化工技术领域，也属于热防护领域。

背景技术

多晶氧化锆(ZrO2)纤维的耐火性能好(ZrO2的熔点2590℃)，热导率低，化学稳定性好，有较强的抗侵蚀性能，因此氧化锆纤维是一种优良的高温隔热材料，被广泛应用在航天航天、金属冶炼、核工业、高温精密工业中。氧化锆纤维生产方法有两种，即胶体法和先驱体法。胶体法在氧氯化锆溶液中加入冰醋酸，使其反应，生成白色醋酸错沉淀，经脱水、烘干再制成醋酸锆溶液，然后加入稳定剂(一般用YCl3)经蒸发、浓缩制成粘度在5-35Pa·s范围的胶体，这种胶体可以用离心甩丝法或喷吹法成纤得到纤维坯体，坯体在100-110℃干燥，使纤维固化，随后在100-110℃时脱除物理水；200-300℃时脱去化学结合水和有机物挥发；420℃时锆盐开始分解；800-1000℃时ZrO2发生晶形转变；热处理的最终温度为1500-1600℃，最终得到氧化锆纤维。先驱体法是把粘胶纤维(或皂化醋酸纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维等)在一定浓度的稀盐酸或乙二胺溶液中浸泡，使纤维膨化，用离子交换水洗净膨化了的纤维，再把它浸泡到含有YCl3稳定剂的氧氯化锆(或醋酸锆，草酸锆)水溶液中，使锆盐进入有机纤维的分子“间隙”中，用离心或挤压法脱去表面吸附液，将含有错盐的有机纤维坯体置于特定条件的炉子中进行热处理，使有机物在不燃烧的情况下炭化及挥发，使锆盐分解成ZrO2，并与稳定剂起作用，使ZrO2稳定化，这徉就得到稳定的多晶氧化锆纤维。

这两种方法在高温处理过程中，氧化锆纤维形成过程中，多晶排列时使得氧化锆纤维表面出现大量的微观缺陷，例如，凸起、凹槽、裂纹、缝隙等。这是因为由于氧化锆纤维具有较低的韧性，对自身表面的微观缺陷极端敏感。当氧化锆纤维受到外力作用时，缺陷尖端处产生应力集中现象。集中的应力能根据Griffith公式1计算出来：

其中，σm是集中应力，σ是材料的平均强度，C是缺陷尺寸，ζ是缺陷尖端半径。缺陷尖端半径ζ是远小于缺陷尺寸C，这导致在外力作用时由于缺陷处的应力集中，氧化锆纤维总是在较低的平均应力水平、较低强度水平时发生破坏。

所以，在当前发明中，合成一种新型的化学材料，将这种化学材料涂覆在氧化锆纤维表面，使得氧化锆纤维表面微观缺陷被愈合，进而提高氧化锆纤维的力学性能，力学性能的提高将显著扩大氧化锆纤维的应用范围，特别是应用在热防护领域。

发明内容

本发明的目的是为了提高氧化锆纤维的力学性能。

一种提高氧化锆纤维力学性能的涂料，该涂料的原料包括硼酸、去离子水、碳酸氢钠、二氧化硅和增稠剂；

以去离子水的质量为100份计算，各原料的质量份数为：

硼酸 1-5份；

碳酸氢钠 3-10份；

水溶性二氧化硅 2-8份；

增稠剂的质量百分含量为 5-15份。

增稠剂为羧甲基纤维素钠。

一种提高氧化锆纤维力学性能的涂料的制备方法，该方法的步骤包括：

首先，制作涂料；其次，将涂料涂覆在氧化锆纤维表面形成涂层；最后，高温处理涂层使得涂层与氧化锆纤维形成紧密结合，并最终对比测试氧化锆纤维涂覆涂层之后的力学性能变化。

本发明采用下述技术流程：