專利名稱:一種制備苧麻形態(tài)Al₂O₃陶瓷/Al基復合材料的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合材料制備技術領域：
，涉及一種生態(tài)陶瓷/金屬基復合材料的制備方法，具體涉及一種制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法。
背景技術：
目前，公知的生態(tài)陶瓷/金屬基復合材料的技術有1.文章《高阻尼木質陶瓷/ MB15復合材料的制備及性能分析》(復合材料學報[J]，2003，20(l):8 11);2.文章《遺態(tài)材料的研究理念和研究進展》(材料導報[J]，2006，10 5 7);3.文章《網(wǎng)絡互穿結構復合材料的研究進展》(功能材料[J]，2002，33(l):22 25);4.文章《具有網(wǎng)絡互穿結構的木質陶瓷復合材料》(材料研究學報[J]，2002，16 :259 沈2);5.專利名稱《生態(tài)陶瓷/金屬復合材料的制備方法》，申請?zhí)?02137503. 8，公開號:CN1403620,
公開日:2003. 03. 19 ；6.專利名稱《麻纖維遺態(tài)結構C/Sn或C/A1復合材料的制備方法》，申請?zhí)?00810231642. 7， 公開號:CN101381855，
公開日:2009.3. 11 ；7.專利名稱《麻纖維織物結構遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法》，申請?zhí)?201010301408. 4，公開號:CN101838782,
公開日:2010. 9. 22。
以上公開的技術主要是涉及木材、竹子、麻纖維和煙桿等天然植物遺態(tài)結構制備生物形態(tài)C陶瓷/金屬復合材料，這類材料中的C陶瓷組分具有潤滑和減震作用，但沒有強化作用，從而使生物形態(tài)C陶瓷/金屬復合材料的耐磨性較差，難以工業(yè)應用。另外，以上沒有涉及利用苧麻纖維遺態(tài)結構制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，解決了現(xiàn)有生物形態(tài)C陶瓷/金屬復合材料的力學強度和耐磨性較差的問題。
本發(fā)明所采用的技術方案是，一種制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，具體按照以下步驟實施
步驟1 對苧麻纖維進行前處理；
步驟2 將步驟1得到的前處理后的苧麻纖維采用真空-壓力浸滲方式浸入質量濃度為15%的Al (OH)3氫氧化物水溶液中，取出干燥，反復操作，使Al (0!03氫氧化物與苧麻纖維達到重量比為5 4 6，得到苧麻/Al (OH) 3前軀體；
步驟3 將步驟2得到的苧麻/Al (OH)3前軀體進行有氧燒結及退火，得到苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體；
步驟4 在真空壓力浸滲裝置中，將鋁合金滲入步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體，鋁合金與多孔Al2O3陶瓷預制體的體積比為5 4,制備得到本發(fā)明苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料。
本發(fā)明的特點還在于，
其中步驟1中的前處理，包括水洗、打纖、脫膠及堿處理，所述的脫膠采用完全脫膠或不完全脫膠，所述的堿處理是將苧麻纖維在質量濃度為5% 25%的NaOH水溶液中浸泡IOh 30h，再用水洗滌至中性，60 105°C干燥2 4h。
其中步驟2中的Al (OH)3氫氧化物水溶液，具體按照以下步驟制備而成按照體積比為100 :1 3稱取摩爾濃度為0. 25mol/L的Al2 (SO4) 3水溶液和氨水，在Al2 (SO4) 3 水溶液滴加氨水化學共沉淀制備得到Al (OH)3納米氫氧化物，將Al (OH)3納米氫氧化物溶于水得到質量濃度為15%的Al (OH)3氫氧化物水溶液。
其中步驟3中的有氧燒結及退火，具體按照以下步驟實施將步驟2得到的苧麻/ Al (OH) 3前軀體放入氣氛爐，設置溫度為800 120(TC，保溫燒結0. 5 2h，再經(jīng)100 250°C退火2 4h。
其中步驟4中，設置真空壓力浸滲裝置中的溫度為750 800°C，壓力為4 5MPa。
本發(fā)明的有益效果是，
1、通過苧麻纖維前處理實現(xiàn)化學成分和微觀結構調控，苧麻纖維經(jīng)前處理后分別是苧麻纖維的原麻、堿處理麻和精干麻。
2、利用浸漬工藝優(yōu)化方案改善溶液-苧麻浸漬均勻性，提高溶膠浸漬率。
3、經(jīng)高溫有氧煅燒工藝獲得一種苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體。
4、經(jīng)真空壓力浸滲鋁合金獲得苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料。
本發(fā)明基于苧麻纖維遺態(tài)結構，提供一種具有苧麻纖維遺態(tài)結構的Al2O3陶瓷/Al 基復合材料的制備方法。本發(fā)明方法制備得到的苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料具有質輕，消振、吸音和減摩耐磨性好的特點，并可以降低熱膨脹系數(shù)和密度，具有廣闊的應用前景。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，具體按照以下步驟實施 步驟1 對苧麻纖維進行前處理，包括水洗、打纖、脫膠及堿處理，苧麻纖維包括苧麻纖
維的原麻、堿處理麻和精干麻。脫膠采用完全脫膠或不完全脫膠，均采用現(xiàn)有常規(guī)紡織用麻脫膠工藝。堿處理是將天然苧麻纖維在濃度為5wt% 25wt%的NaOH水溶液中浸泡IOh 30h，再用水洗滌至中性(pH = 7)，60 105°C干燥2 4h。
步驟2 納米氫氧化物的制備和真空-壓力浸漬按照體積比為100 :1 3稱取摩爾濃度為0. 25mol/L的Al2 (SO4) 3水溶液和氨水，在Al2 (SO4) 3水溶液滴加氨水化學共沉淀制備得到Al (OH) 3納米氫氧化物。將步驟1得到的前處理后的苧麻纖維采用真空-壓力浸滲方式浸入質量濃度為15%氫氧化物水溶液中，取出干燥。反復操作，使氫氧化物與苧麻纖維達到重量比為5 :4 6，獲得苧麻/Al (OH) 3前軀體。
步驟3 有氧燒結及退火，將步驟2得到的苧麻/Al (OH) 3前軀體放入氣氛爐，經(jīng) 800 1200°C，保溫0. 5 2h燒結。取出后，再經(jīng)100 250°C退火2 4h，制備得到苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體。
步驟4 真空壓力浸滲制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料在真空壓力浸滲裝置中，750 800°C，4 5MPa壓力下將鋁合金滲入步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體，鋁合金與多孔Al2O3陶瓷預制體的體積比為5 :4，制備得到本發(fā)明苧麻形態(tài)Al2O3 陶瓷/Al基復合材料。[0020]實施例1
原麻剪切至5 IOmm長，放入20wt%Na0H水溶液浸泡Mh，水洗至pH呈中性(pH = 7)， 85°C真空干燥池備用；利用Al2 (SO4)3水溶液滴加氨水化學共沉淀制備納米Al (OH)30 將麻纖維浸入納米Al (OH)3水溶液中，Ih后取出85°C干燥池。經(jīng)反復操作，使Al2O3與原麻重量比為5 :4。將浸漬干燥后的原麻/Al (OH)3前軀體放入氣氛爐，經(jīng)800°C，保溫池燒結，再經(jīng)150°C退火2h。在真空壓力浸滲裝置中，750°C，5MI^壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔Al2O3，鋁合金與多孔Al2O3陶瓷預制體的體積比為5 :4，獲得具有麻纖維遺態(tài)結構的 Al2O3陶瓷/Al基復合材料。
實施例2
堿處理麻剪切至5 IOmm長，放入20wt%Na0H水溶液浸泡Mh，水洗至pH呈中性(pH = 7)，85°C真空干燥池備用；利用Al2 (SO4)3水溶液滴加氨水化學共沉淀制備納米Al (OH)30 將麻纖維浸入納米Al (OH)3水溶液中，Ih后取出85°C干燥池。經(jīng)反復操作，使Al2O3與堿處理麻重量比為5 :5。將浸漬干燥后的堿處理麻/Al (OH)3前軀體放入氣氛爐，經(jīng)1000°C， 保溫池燒結，再經(jīng)200°C退火池。在真空壓力浸滲裝置中，7500C，5MPa壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔Al2O3，鋁合金與多孔Al2O3陶瓷預制體的體積比為5 :4，獲得具有麻纖維遺態(tài)結構的Al2O3陶瓷/Al基復合材料。
實施例3
精干麻剪切至5 IOmm長，放入20wt%Na0H水溶液浸泡Mh，水洗至pH呈中性(pH = 7)，85°C真空干燥池備用；利用Al2 (SO4)3水溶液滴加氨水化學共沉淀制備納米Al (OH) 3。將麻纖維浸入納米Al (OH)3水溶液中，Ih后取出85°C干燥池。經(jīng)反復操作，使Al2O3與麻纖維重量比為5:6。將浸漬干燥后的精干麻/Al (0!03前軀體放入氣氛爐，經(jīng)1200°C、保溫Ih燒結，再經(jīng)200°C退火2h。在真空壓力浸滲裝置中，SOO0C，4MPa壓力下將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔Al2O3，鋁合金與多孔Al2O3陶瓷預制體的體積比為5 :4，獲得具有麻纖維遺態(tài)結構的Al2O3陶瓷/Al基復合材料。
從原理方面說明本發(fā)明的有益效果
1.前處理工藝主要實現(xiàn)對苧麻纖維化學成分和微觀結構的調控，前處理中的工藝參數(shù)是經(jīng)正交試驗優(yōu)化的參數(shù)，可使苧麻纖維截面膨脹趨圓，中間孔洞明顯增大，纖維壁厚增加，更有利于納米氫氧化物溶液的浸滲。
2.合理的納米氫氧化物的制備和真空-壓力浸漬中的工藝參數(shù)有利于獲得均勻的納米氫氧化物溶液，提高浸滲均勻性和浸滲率，通過真空-壓力浸滲方式有利于排除苧麻纖維中殘余氣體，確保納米氫氧化物溶液浸入苧麻纖維微孔中。
3.合理的有氧燒結及退火工藝可獲得苧麻形態(tài)多孔Al2O3預制體，通過退火可消除煅燒缺陷。
4.合理的真空壓力浸滲工藝參數(shù)有利形成浸滲金屬合金液流，使鋁合金熔液在壓-吸作用下浸滲苧麻形態(tài)多孔Al2O3預制體。
本發(fā)明制備的苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料，和現(xiàn)有的復合材料相比，由于多孔Al2O3增強體可與基體鋁合金形成三維網(wǎng)絡互穿結構，這種新型三維網(wǎng)絡結構可抑制基體合金的塑性變形和高溫軟化，可使得復合材料的抗磨性能提高。因Al2O3陶瓷增強相獨特的三維網(wǎng)絡結構有利于將集中在點或面上的應力迅速在空間范圍內分散和傳遞，可顯著提高復合材料抗沖擊能力。同時，其基體和增強相三維雙連續(xù)的結構還可能引起結構互鎖效應，使得材料具有更高的損傷容限。
權利要求
1.一種制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施步驟1 對苧麻纖維進行前處理；步驟2 將步驟1得到的前處理后的苧麻纖維采用真空-壓力浸滲方式浸入質量濃度為15%的Al (OH)3氫氧化物水溶液中，取出干燥，反復操作，使Al (0!03氫氧化物與苧麻纖維達到重量比為5 4 6，得到苧麻/Al (OH) 3前軀體；步驟3 將步驟2得到的苧麻/Al (OH)3前軀體進行有氧燒結及退火，得到苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體；步驟4 在真空壓力浸滲裝置中，將鋁合金滲入步驟3得到的苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體，鋁合金與多孔Al2O3陶瓷預制體的體積比為5 4,制備得到本發(fā)明苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料。
2.根據(jù)權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，所述的步驟1中的前處理，包括水洗、打纖、脫膠及堿處理，所述的脫膠采用完全脫膠或不完全脫膠，所述的堿處理是將苧麻纖維在質量濃度為5% 25%的NaOH水溶液中浸泡 IOh 30h，再用水洗滌至中性，60 105°C干燥2 4h。
3.根據(jù)權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，所述的步驟2中的Al (OH)3氫氧化物水溶液，具體按照以下步驟制備而成按照體積比為100:1 3稱取摩爾濃度為0. 25mol/L的Al2 (SO4) 3水溶液和氨水，在Al2 (SO4)3水溶液滴加氨水化學共沉淀制備得到Al (OH)3納米氫氧化物，將Al (OH)3納米氫氧化物溶于水得到質量濃度為15%的Al (OH)3氫氧化物水溶液。
4.根據(jù)權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，所述的步驟3中的有氧燒結及退火，具體按照以下步驟實施將步驟2得到的苧麻/Al (OH)3前軀體放入氣氛爐，設置溫度為800 1200°C，保溫燒結0. 5 2h，再經(jīng)100 250°C 退火2 4h。
5.根據(jù)權利要求
1所述的制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，其特征在于，所述的步驟4中，設置真空壓力浸滲裝置中的溫度為750 800°C，壓力為4 5MPa。
專利摘要
本發(fā)明公開的一種制備苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料的方法，首先對苧麻纖維進行前處理；接著，將前處理后的苧麻纖維采用真空-壓力浸滲方式浸入質量濃度為15%的Al(OH)3氫氧化物水溶液中，干燥，反復操作，使氫氧化物與苧麻纖維達到重量比為54～6，得到苧麻/Al(OH)3前軀體；然后，將苧麻/Al(OH)3前軀體進行有氧燒結及退火，得到苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體；最后，在真空壓力浸滲裝置中，將鋁合金滲入苧麻形態(tài)多孔Al2O3陶瓷預制體。本發(fā)明方法制備得到的苧麻形態(tài)Al2O3陶瓷/Al基復合材料具有質輕，消振、吸音和減摩耐磨性好的特點，并可以降低熱膨脹系數(shù)和密度，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C22C47/08GKCN102212764SQ201110125769
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月16日
發(fā)明者付翀, 劉江南, 姜鳳陽, 徐潔, 楊敏鴿, 王俊勃, 胡新煜, 蘇曉磊, 賀辛亥, 齊樂華 申請人:西安工程大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan