專利名稱：陶瓷基復(fù)合材料及成形技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及成形技術(shù)，特別是一種陶瓷基復(fù)合材料及成形 技術(shù)。
背景技術(shù)：
陶瓷材料由于具有高強(qiáng)度、高硬度、極好的耐磨、耐高溫和耐腐蝕性能， 使其作為高性能結(jié)構(gòu)材料得到了廣泛的應(yīng)用。世界各國(guó)都把結(jié)構(gòu)陶瓷看作是對(duì), 未來(lái)工業(yè)革命有重大作用的高技術(shù)新材料而給以重點(diǎn)研究和發(fā)展。但由于陶瓷 材料本身固有的脆性，作結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)缺乏足夠的可靠性，從而使其應(yīng)用范 圍受到了很大的限制。多年來(lái)，陶瓷工作者利用不同的增韌機(jī)理，采用不同的 制備技術(shù)，制得了許多不同類型的陶瓷基復(fù)合材料，使得陶瓷材料的脆性有所 改善，韌性有了明顯的提高，并在某些工業(yè)領(lǐng)域中得到推廣使用。
在陶瓷基復(fù)合材料中，纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增韌作用尤為顯著，因 而倍受陶瓷界關(guān)注，但因成形過(guò)程的復(fù)雜性，以及在可靠性、成本等方面存在 的問(wèn)題，而限制了其實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足，提供一種陶瓷基復(fù)合材料及 成形技術(shù)，通過(guò)壓注機(jī)使陶瓷濃懸浮體壓注、浸滲增強(qiáng)纖維預(yù)制體，然后原位 固化成形，以制備形狀復(fù)雜、高密度、高均勻性、高強(qiáng)度、高韌性的纖維增強(qiáng) 陶瓷基復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括下列各步驟
a 、配料，在水中加入5 45wt %的凝膠單體與交聯(lián)單體配制成預(yù)混液， 凝膠單體與交聯(lián)單體的比例為7:1 270:1之間，并在預(yù)混液中加入陶瓷粉體質(zhì)量O.Ol 3wt %的有機(jī)分散劑，再在上述預(yù)混液中加入陶瓷粉體，加入量為 預(yù)混液和陶瓷粉體總量的45 60vol %體積分?jǐn)?shù)；
b 、攪拌，將上述配制的陶瓷濃懸浮體進(jìn)行攪拌球磨1 30h ，制備動(dòng)力 粘度< 0.5Pa'S的坯料，將坯料溫度保持在10 35 °C之間，按每1000g水中 加入0.1 30ml引發(fā)劑，邊均勻攪拌邊進(jìn)行真空除泡；
c 、壓注、固化，將纖維預(yù)制體置于壓注機(jī)模具內(nèi)，再將上述攪拌好的高 固相含量、低粘度陶瓷漿料加入到壓注機(jī)加料室內(nèi)，閉模后在壓力及超聲波振 動(dòng)條件下注入、充填、浸滲纖維預(yù)制體，待這一過(guò)程充分進(jìn)行后，實(shí)施加熱保 壓，模具溫度在65 105 °C之間，所加壓力在0 . 1 200MPa之間，保壓時(shí) 間為lmin至30min之間，坯料在溫度和壓力的作用下固化，并與纖維預(yù)制體 牢固粘結(jié)復(fù)合成形；
d 、脫模，脫模獲得纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料坯件，然后進(jìn)行燒結(jié)獲得成
HI
叩o
本發(fā)明提出的技術(shù)是一種創(chuàng)新的制備高性能復(fù)雜形狀纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合 材料的低成本、近凈尺寸成形技術(shù)，陶瓷基坯料在纖維預(yù)制體中的浸滲復(fù)合通
過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)先將陶瓷粉體分散于含有有機(jī)單體的水溶液中形成穩(wěn)定均勻、 高固相含量、低粘度漿料，再將裝料在壓力下注入、浸滲到預(yù)置于模具中的纖 維預(yù)制體內(nèi)，然后在一定的催化、溫度、壓力條件下，有機(jī)單體聚合交聯(lián)成三 維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，浸滲到纖維預(yù)制體內(nèi)的漿料原位固化，與纖維預(yù)制體復(fù)合成形， 得到纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料坯體。本發(fā)明提出的成形技術(shù)與現(xiàn)有纖維增強(qiáng)陶 瓷基復(fù)合材料成形制備技術(shù)相比，均具有明顯的優(yōu)越性，成形時(shí)間短，生產(chǎn)效 率高，成形溫度低，對(duì)陶瓷種類適應(yīng)性廣，可成形形狀復(fù)雜的纖維增強(qiáng)陶瓷基 復(fù)合材料制品，坯料中有機(jī)物含量極小，使脫脂工藝顯著簡(jiǎn)化，脫脂時(shí)間大大
縮短。本發(fā)明綜合了壓注、注凝、浸滲的原理，用以制備復(fù)雜形狀、結(jié)構(gòu)組分 密度均勻、高強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料坯體，再進(jìn)行燒結(jié)獲得高韌性陶瓷基復(fù)合 材料制品。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例1
市售Ah03粉體原料，顆粒平均粒徑lpm左右，混入5wt % Zr02納米 粉體，在去離子水中溶入20wt Q/^的丙烯酞胺和亞甲基雙丙烯酞胺形成預(yù)混液， 丙烯酞胺和亞甲基雙丙烯酞胺比例為30:1 ，預(yù)混液中加入0.3wty。 A1203粉 體質(zhì)量的有機(jī)分散劑…改性聚丙烯酸氨，然后加入34vol %體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合陶 瓷粉體，經(jīng)攪拌球磨制得粘度〈0.25Pas的陶瓷裝料，按1000g水加5ml過(guò)硫 酸氨的比例在坯料中加入引發(fā)劑，混合均勻后真空除泡，將SiC短纖維晶須制 成纖維含量20 %的多孔網(wǎng)格狀預(yù)制體置于模內(nèi)，再將上述攪拌好的高固相含 量、低粘度陶瓷漿料加入到壓注機(jī)加料室內(nèi)，閉模后在壓力下及超聲波振動(dòng)條 件下注入、充填、浸滲纖維預(yù)制體，待這一過(guò)程充分進(jìn)行后，實(shí)施加熱保壓， 模具溫度為5(TC ，所加壓力為70MPa,9min后固化成形，脫模獲得纖維增強(qiáng) 陶瓷基復(fù)合材料坯件，然后燒結(jié)獲得成品。
實(shí)施例2
SiC粉料，顆粒直徑為0.6pm，與3wt% ( B4C+C)粉體混合，在去離子 水中溶入14wt %的環(huán)氧乙烷單體和乙二醇形成預(yù)混液，環(huán)氧乙烷和乙二醇比 例為8:1。在預(yù)混液中加入0.3wty。混合陶瓷粉體質(zhì)量的分散劑…氫氧化四甲 基氨，然后加入57vol %體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合陶瓷粉體，經(jīng)攪拌球磨制得粘度< 0.25Pa.s的陶瓷漿料，按1000g水加Znil四甲基乙二胺的比例在坯料中加入。
權(quán)利要求
1、一種陶瓷基復(fù)合材料及成形技術(shù)，包括如下步驟a、配料，在水中加入5～45wt％的凝膠單體與交聯(lián)單體配制成預(yù)混液，凝膠單體與交聯(lián)單體的比例為7:1～270:1之間，并在預(yù)混液中加入陶瓷粉體質(zhì)量0.01～3wt％的有機(jī)分散劑，再在上述預(yù)混液中加入陶瓷粉體，加入量為預(yù)混液和陶瓷粉體總量的45～60vol％體積分?jǐn)?shù)；b、攪拌，將上述配制的陶瓷濃懸浮體進(jìn)行攪拌球磨1～30h，制備動(dòng)力粘度<0.5Pa·S的坯料，將坯料溫度保持在10～35℃之間，按每1000g水中加入0.1～30ml引發(fā)劑，邊均勻攪拌邊進(jìn)行真空除泡；c、壓注、固化，將纖維預(yù)制體置于壓注機(jī)模具內(nèi)，再將上述攪拌好的高固相含量、低粘度陶瓷漿料加入到壓注機(jī)加料室內(nèi)，閉模后在壓力及超聲波振動(dòng)條件下注入、充填、浸滲纖維預(yù)制體，待這一過(guò)程充分進(jìn)行后，實(shí)施加熱保壓，模具溫度在65～105℃之間，所加壓力在0.1～200MPa之間，保壓時(shí)間為1min至30min之間，坯料在溫度和壓力的作用下固化，并與纖維預(yù)制體牢固粘結(jié)復(fù)合成形；d、脫模，脫模獲得纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料坯件，然后進(jìn)行燒結(jié)獲得成品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料及成形技術(shù)，其特征是，通過(guò)壓 注機(jī)使陶瓷濃懸浮體壓注、浸滲增強(qiáng)纖維預(yù)制體，然后原位固化成形，以制備 形狀復(fù)雜、高密度、高均勻性、高強(qiáng)度、高韌性的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料成形技術(shù)，綜合了壓注、注凝、浸滲的原理，用以制備復(fù)雜形狀、結(jié)構(gòu)組分密度均勻、高強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料坯體，再進(jìn)行燒結(jié)獲得高韌性陶瓷基復(fù)合材料制品。本發(fā)明提出的技術(shù)是一種創(chuàng)新的制備高性能復(fù)雜形狀纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的低成本、近凈尺寸成形技術(shù)，與現(xiàn)有纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料成形制備技術(shù)相比，均具有明顯的優(yōu)越性，成形時(shí)間短，生產(chǎn)效率高。
文檔編號(hào)C04B35/624GK101386540SQ200810228400
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者青 肖 申請(qǐng)人:青 肖