[发明专利]一种轻质高性能层状复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种轻质高性能层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将分散剂和水搅拌溶解；（2）加入六方氮化硼、粘结剂、碳化硅、聚乙烯醇、改性纳米二氧化硅、氧化铝晶须和文蛤壳粉，搅拌均匀；（3）加入氨水，使体系的pH为9.0；（4）转移至球磨机中进行球磨；（5）转移至真空除气机中除气；（6）倒入模具中，把模具浸入液态丙烷中，使浆料快速凝固，得到多孔坯体；（7）将多孔坯体冷冻干燥；（8）将坯体在空气中烧结，抽真空排除炉内的空气后通入氩气作为保护气氛，同时继续升温进行液相烧结即得。本方法所制备的材料质轻，具有非常高的抗弯强度，同时，抗断裂效果佳。

技术领域

本发明涉及一种轻质高性能层状复合材料的制备方法。

背景技术

随着建筑、交通、航天航空以及电子工业等领域的快速发展，人类对材料的应用性能提出了更高的要求。传统的单一材料（如陶瓷、金属和高分子材料）早已不能满足工业应用要求。未来的一个重大挑战是开发新的更强、更韧且轻质的结构材料。金属基复合材料是其中最理想的材料之一，它兼有金属与陶瓷的优点，不仅具有高比强度、高比模量、耐磨损，重量轻，能够承受较高的工作温度，而且还具有良好的热物理性能，因此既可以作为抗蚀、耐磨、耐高温的结构件，又可作为导电、导热、抗辐射的功能材料，其需求量日益增长。但遗憾的是，这类材料目前还很少实现商业化，究其原因：一是生产成本高，二次加工困难；二是随着陶瓷增强体含量的增加，复合材料的韧性下降，断裂功减少，性能不稳定，使用起来不够安全，这也是陶瓷颗粒增强金属基复合材料多年来一直没有解决的瓶颈难题。因此，研究开发质轻、综合性能佳的材料迫在眉睫。

发明内容

要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种轻质高性能层状复合材料的制备方法，所制备的材料质轻，具有非常高的抗弯强度，同时，抗断裂效果佳。

技术方案：一种轻质高性能层状复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：

（1）将3-6份分散剂和40-70份水，搅拌溶解；

（2）加入5-10份六方氮化硼、5-8份粘结剂、20-50份碳化硅、1-2份聚乙烯醇、3-5份改性纳米二氧化硅、5-10份氧化铝晶须和5-8份文蛤壳粉，搅拌均匀；

（3）加入氨水，使体系的pH为9.0；

（4）转移至球磨机中进行球磨，球磨时间为8-9h，转速为100-120r/min；

（5）转移至真空除气机中除气20-30min；

（6）倒入模具中，把模具浸入液态丙烷中，使浆料快速凝固，得到多孔坯体；

（7）将多孔坯体放入冷冻干燥机中，在低温、低压下冷冻干燥48h；

（8）将坯体在400-420℃空气中保温20 min，继续升温至1200℃，烧结1 h，抽真空排除炉内的空气后通入纯度为99.9%氩气作为保护气氛，同时继续升温至1500℃保温2 h进行液相烧结即得，整个烧结过程中升温和降温速度均为5℃。

进一步优选的，所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：

第一步：将1-3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1-3份γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷和10-20份乙酸乙酯，混合搅拌5-10min；

第二步：加入3-5份纳米二氧化硅，搅拌10-20min；

第三步：过滤，烘干即得。

进一步优选的，所述分散剂为聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基二甲基甜菜碱或甘油中的一种或几种。

进一步优选的，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、水性聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚阴离子纤维素或聚环氧乙烷中的一种或几种。