[发明专利]一种SiO2

说明书

一种SiO₂基复合材料的制备方法，包括以下两个步骤：a)溶胶‑凝胶工艺：将耐高温无机纤维布或薄层织物置于真空容器中抽真空，然后加入氧化硅溶胶进行整体浸渍，对耐高温无机纤维布或薄层织物进行多次整体浸渍；将浸渍后的耐高温无机纤维布或薄层织物迅速转移至烘箱内加热处理，使其凝胶化；然后自然冷却以交联固化以得到耐高温无机纤维布或薄层织物预制件；b)高温热处理工艺：将交联固化后得到的预制件在马釜炉中进行高温热处理，最后冷却至室温，得到SiO₂基复合材料。本发明方法工艺周期短、成本低、制备工艺成熟、生产效率高、原料来源广泛、配制容易、操作简单等优势，获得的产品具有拉伸强度高、承载能力强等性能。

技术领域

本发明属于溶胶-凝胶法制备SiO₂基复合材料领域，尤其涉及一种SiO₂基复合材料的制备方法。

背景技术

由于其结构网络的紧密性和完整性、原子间较高的键强，石英陶瓷具有低密度以及优异的热物理性能，但其强度、韧性及断裂应变较小。引入补强增韧的纤维、晶须或第二相颗粒组成石英基复合材料，是目前改善其性能的主要研究方向。其中连续纤维增强石英基复合材料具有强度高、韧性好及密度低等特点，受到广泛关注。

溶胶-凝胶法以无机物或者金属醇盐作为前驱体，在液相条件下将原料混合均匀，并进行水解、缩合化学等反应，形成稳定的透明溶胶体系，经过陈化之后，胶粒之间形成三维网状结构的凝胶，凝胶网络之间充满了失去流动性的溶剂，利用溶剂的挥发和缩聚反应而凝胶化，再经干燥和热处理获得基体，最后通过热处理等方法制备复合材料。溶胶-凝胶工艺能够实现原料的充分混合，反应物可在纳米级别上进行混合。

硅溶胶作为石英基体的先驱体，具有价格低廉、可大批量生产、无毒等优点。目前投入应用的石英基复合材料主要有SiO_2f/SiO₂、 Al₂O_3f/SiO₂和SiC/SiO₂复合材料。但是，在工程化应用过程中，成本成为材料体系应用的制约因素，而石英纤维、氧化铝纤维以及碳化硅纤维成本偏高，石英纤维每平方米价格两千左右，氧化铝纤维来源受限，碳化硅纤维价格超万元。在追求低成本、高可靠、轻质高效的工程应用过程中，限制了上述三种纤维的应用。

随着航空航天事业的发展，对陶瓷(尤其是陶瓷基复合材料)的成本、可靠性与轻质高效提出更高的要求，这对SiO₂基复合材料的制备工艺提出新的挑战，不同的制备工艺对材料的性能具有不同的影响，溶胶-凝胶法具备原料易得、分散性好、工艺成熟、操作简便、适合制备大型复杂厚壁构件的制备。因此如何利用该制备工艺制备低成本SiO₂基复合材料仍有待研究和开发。

发明内容

因此，本发明的目的是，针对现有技术中SiO₂基复合材料制备方法的不足，提供一种快速制备低成本石英复合材料的方法，具有配方简单、原料易得、成本较低、工艺周期短、适合工业化生产的特点和优势。

为解决上述技术问题，本发明采用溶胶-凝胶法制备SiO₂基复合材料，经真空浸渍、交联固化和高温热处理制备SiO₂基复合材料。本发明的技术方案是，一种SiO₂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a)溶胶-凝胶工艺：将耐高温无机纤维布或薄层织物置于真空容器中抽真空，然后加入氧化硅溶胶进行整体浸渍，对耐高温无机纤维布或薄层织物进行多次整体浸渍；将浸渍后的耐高温无机纤维布或薄层织物迅速转移至烘箱内加热处理，使其凝胶化；然后自然冷却以交联固化得到耐高温无机纤维布或薄层织物预制件；

b)高温热处理工艺：将交联固化后得到的耐高温无机纤维布或薄层织物预制件在马釜炉中进行高温热处理，最后冷却至室温，得到 SiO₂基复合材料。