本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，尤其涉及一種氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、目前氧化鋁纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝大多是通過(guò)層鋪、立體編織、纏繞等工藝制備出預(yù)制體或坯體，再通過(guò)溶膠凝膠工藝和料漿涂刷工藝實(shí)現(xiàn)陶瓷基復(fù)合材料的致密化制備。預(yù)制體編織工藝制備的預(yù)制體有法向纖維，因此復(fù)合材料層間強(qiáng)度高，性能優(yōu)異但由于常用的增強(qiáng)纖維多為脆性較大的無(wú)機(jī)纖維，編織過(guò)程多依賴手工，制備周期長(zhǎng)、纖維利用率較低、生產(chǎn)成本較高。鋪層成型工藝簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低，但在生產(chǎn)大型部件過(guò)程中質(zhì)量控制的難度較高。纖維纏繞技術(shù)的機(jī)械化程度較高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化,生產(chǎn)效率高,可充分發(fā)揮纖維拉伸強(qiáng)度高的特性。
2、借鑒樹(shù)脂基復(fù)合材料濕法預(yù)浸料制備工藝，采用單向纖維纏繞機(jī)制備單向氧化鋁纖維預(yù)浸料的工藝使用方便、纖維和基體含量可精確控制，可按照構(gòu)件承載要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有易存儲(chǔ)、操作簡(jiǎn)單、適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。如德國(guó)dlr于2001年通過(guò)纏繞成型預(yù)浸料工藝制備出牌號(hào)為whipox系列氧化鋁纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)材。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
2、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料，該預(yù)浸料中陶瓷含量高，在25℃/50％的環(huán)境下可以穩(wěn)定儲(chǔ)存10天，單向預(yù)浸料疊層模壓并進(jìn)一步高溫?zé)崽幚砗罂芍苽涑龆喾N氧化鋁纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料，是制備纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的關(guān)鍵原材料，對(duì)高效低成本化地制備氧化物陶瓷基復(fù)合材料意義重大。
3、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種新型的氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料制備方法，該方法具有普適性，能夠滿足氧化鋁纖維增強(qiáng)石英、氧化鋁、莫來(lái)石、氧化鋯、磷酸鋁、釔鋁石榴石等單向濕法預(yù)浸料的制備。
4、(二)為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
5、一種氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料的制備方法，包括以下步驟：
6、(1)對(duì)氧化鋁纖維進(jìn)行預(yù)處理，除去表面的上漿劑；
7、(2)將除漿后的氧化鋁纖維在牽伸狀態(tài)下浸入液態(tài)陶瓷前驅(qū)物的浸膠池中，在預(yù)設(shè)的牽伸速度和張力下，使浸膠后的氧化鋁纖維均勻纏繞在表面鋪有脫模紙的圓形滾筒上；
8、(3)待氧化鋁纖維鋪展到預(yù)設(shè)厚度后，用脫模紙包裹在滾筒外表面，沿著滾筒軸向?qū)蓮埫撃＜埣袄w維裁斷，從滾筒上脫下后，將夾有纖維的脫模紙展開(kāi)并壓平，即制備出氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料。
9、進(jìn)一步地，步驟(1)中氧化鋁纖維的形態(tài)為長(zhǎng)絲或絲帶，纖維中氧化鋁含量不低于60％，纖維線密度不低于50tex，捻度不超過(guò)100捻/米，長(zhǎng)度不低于20米；優(yōu)選為氧化鋁含量大于70％，纖維線密度大于150tex，長(zhǎng)度高于100米的無(wú)捻連續(xù)氧化鋁纖維長(zhǎng)絲。
10、進(jìn)一步地，步驟(2)中液態(tài)陶瓷前驅(qū)物的組分中包含鋁、硅、鋯、釔中的一種或多種元素，液態(tài)陶瓷前驅(qū)物在室溫或加熱狀態(tài)下呈液態(tài)，當(dāng)在空氣或者氧化氣氛中加熱至800℃以上的溫度后，產(chǎn)生微晶玻璃、石英、氧化鋁、莫來(lái)石、磷酸鋁、氧化鋯中的一種或多種組成的氧化物陶瓷，且有一定浸潤(rùn)性，能夠浸潤(rùn)到纖維表面的無(wú)機(jī)金屬聚合物溶液、溶膠、漿料等的一種或幾種的組合。
11、進(jìn)一步地，步驟(2)中液態(tài)陶瓷前驅(qū)物所用的前驅(qū)體包括硅溶膠、鋁溶膠、莫來(lái)石溶膠、磷酸鋁溶膠中的一種或多種，或者包括氧化鋁粉體漿料、氧化鋯粉體漿料、氧化硅粉體漿料中的一種或多種，其中前驅(qū)體中的陶瓷產(chǎn)率不低于45％。
12、進(jìn)一步地，步驟(2)中均勻纏繞在表面鋪有脫模紙的圓形滾筒上，是指通過(guò)調(diào)整持絲裝置的往復(fù)速度，使纖維均勻纏繞在固定位置且呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的圓形滾筒上；或者浸膠后的氧化鋁纖維經(jīng)固定的持絲裝置纏繞在具有預(yù)設(shè)平行運(yùn)動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度的圓筒上，優(yōu)選后者。
13、進(jìn)一步地，步驟(2)中往復(fù)速度和平行運(yùn)動(dòng)速度是指能夠使纖維束之間既不產(chǎn)生縫隙又不發(fā)生重疊的運(yùn)動(dòng)速度。
14、進(jìn)一步地，步驟(2)中圓形滾筒的直徑和長(zhǎng)度不低于10cm；優(yōu)選長(zhǎng)度為30cm，直徑大于30cm。
15、進(jìn)一步地，步驟(2)中預(yù)設(shè)的牽引速度和張力為線速度不低于5m/min，張力不高于15n。
16、進(jìn)一步地，步驟(3)中鋪展到的預(yù)設(shè)厚度不低于0.5mm，不高于50mm；優(yōu)選的厚度范圍介于2-10mm。
17、一種氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料，由上述制備方法制備得到。
18、(三)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少有以下有益效果：
19、(1)本發(fā)明制備的氧化鋁纖維單向濕法預(yù)浸料上漿均勻、表面光潔平整、固含量高，在25℃/50％的環(huán)境下可以穩(wěn)定儲(chǔ)存10天。
20、(2)本發(fā)明使用液態(tài)陶瓷前驅(qū)物作為陶瓷基復(fù)合材料基體原材料，由于液態(tài)前驅(qū)物裂解后形成的陶瓷粒徑小，形成的貫通孔較多，便于后期的進(jìn)一步致密化，且液態(tài)陶瓷前驅(qū)體的種類多樣，豐富了陶瓷基體的種類，能夠制備出不同種類和性能的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。
21、(3)本發(fā)明制備的單向預(yù)浸料經(jīng)疊層模壓并進(jìn)一步高溫?zé)崽幚砗罂芍苽涑龆喾N氧化鋁纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料，是制備纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的關(guān)鍵原材料，對(duì)高效低成本化地制備氧化物陶瓷基復(fù)合材料意義重大。
22、(4)本工藝具有普適性，能夠滿足氧化鋁纖維增強(qiáng)石英、氧化鋁、莫來(lái)石、氧化鋯、磷酸鋁、釔鋁石榴石等單向濕法預(yù)浸料的制備。
23、(5)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，工藝成本低，生產(chǎn)周期短，便于規(guī)?；苽?。
1.一種氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中氧化鋁纖維的形態(tài)為長(zhǎng)絲或絲帶，纖維中氧化鋁含量不低于60％，纖維線密度不低于50tex，捻度不超過(guò)100捻/米，長(zhǎng)度不低于20米。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中液態(tài)陶瓷前驅(qū)物的組分中包含鋁、硅、鋯、釔中的一種或多種元素；液態(tài)陶瓷前驅(qū)物在室溫或加熱狀態(tài)下呈液態(tài)，當(dāng)在空氣或者氧化氣氛中加熱至800℃以上的溫度后，產(chǎn)生微晶玻璃、石英、氧化鋁、莫來(lái)石、磷酸鋁、氧化鋯中的一種或多種組成的氧化物陶瓷，且能夠浸潤(rùn)到纖維表面的無(wú)機(jī)金屬聚合物溶液、溶膠、漿料的一種或幾種組合。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中液態(tài)陶瓷前驅(qū)物所用的前驅(qū)體包括硅溶膠、鋁溶膠、莫來(lái)石溶膠、磷酸鋁溶膠中的一種或多種，或者包括氧化鋁粉體漿料、氧化鋯粉體漿料、氧化硅粉體漿料中的一種或多種；前驅(qū)體中的陶瓷產(chǎn)率不低于45％。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中均勻纏繞在表面鋪有脫模紙的圓形滾筒上，是指通過(guò)調(diào)整持絲裝置的往復(fù)速度，使纖維均勻纏繞在固定位置且呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的圓形滾筒上；或者浸膠后的氧化鋁纖維經(jīng)固定的持絲裝置纏繞在具有預(yù)設(shè)平行運(yùn)動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度的圓筒上。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中往復(fù)速度和平行運(yùn)動(dòng)速度是指使纖維束之間既不產(chǎn)生縫隙又不發(fā)生重疊的運(yùn)動(dòng)速度。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中圓形滾筒的直徑和長(zhǎng)度不低于10cm。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中預(yù)設(shè)的牽引速度和張力為線速度不低于5m/min，張力不高于15n。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中鋪展到的預(yù)設(shè)厚度不低于0.5mm，不高于50mm。
10.一種氧化鋁纖維增強(qiáng)的單向濕法預(yù)浸料，其特征在于，由權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。