[发明专利]一种Al2O3-SiO2基复合材料及其快速制备方法

说明书

一种Al₂O₃‑SiO₂基复合材料的快速制备方法，包括以下步骤：a)按一定的比例称取氧化硅溶胶和氧化铝微粉，将氧化铝微粉放入氧化硅溶胶中，通过磁力搅拌2个小时以上形成氧化硅溶胶掺杂氧化铝微粉的悬浊液；b)将耐高温无机纤维布或薄层织物用耐高温模具夹紧，置于真空容器中抽真空，然后吸入氧化硅溶胶掺杂氧化铝微粉悬浊液进行整体浸渍；再将浸渍悬浊液后的耐高温无机纤维布或薄层织物迅速转移至烘箱内进行热处理，使其凝胶化；自然冷却至室温以进行交联固化，反复整体浸渍‑凝胶化‑自然冷却5‑10次；c)将得到的硬质固体在马釜炉中进行高温热处理；最后冷却至室温，得到Al₂O₃‑SiO₂基复合材料。

技术领域

本发明属于溶胶-凝胶法制备Al₂O₃-SiO₂基复合材料领域，尤其涉及一种Al₂O₃-SiO₂基复合材料的快速制备方法及其制备的 Al₂O₃-SiO₂基复合材料。

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，SiO₂陶瓷具有低密度以及优异的热物理性能，Al₂O₃陶瓷是一种应用非常广泛的陶瓷材料，具有高强、高硬、低密度以及优良的化学稳定性，而且其价格低廉，力学性能优良，通过引入补强增韧的纤维能够显著改善其陶瓷脆性，使陶瓷具有类似金属的断裂行为。由于SiO₂陶瓷的力学性能偏低、高温下容易发生软化，在一定程度上限制了SiO₂基复合材料的高温应用。Al₂O₃和SiO₂在高温下能形成固熔体，且 Al₂O₃-SiO₂固熔体的力学性能和热稳定性优于SiO₂陶瓷。其中连续纤维增强Al₂O₃-SiO₂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，这些优异的性质使Al₂O₃-SiO₂基复合材料在航空航天、冶金、机械和电子等高科技领域具有十分广泛的应用前景。

制备Al₂O₃-SiO₂基复合材料的关键是使Al₂O₃-SiO₂基体材料均匀分散在纤维编织件中，由于无机纤维束间存在一定的间隙，在制备过程中极易形成带有闭孔，导致材料孔隙率偏高，因此，采取合适的制备工艺尤为关键，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。