[发明专利]一种基于水性浆料浸渍工艺的三维氧化铝纤维编织件增强氧化铝复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及连续纤维增强陶瓷基复合材料技术领域，具体公开了一种基于水性浆料浸渍工艺的三维氧化铝纤维编织件增强氧化铝复合材料，复合材料的孔隙率为20~30%；所述复合材料增强相为连续氧化铝纤维编织件，编织件为纤维布缝合、二维半或三维编织方式，氧化铝纤维中氧化铝的质量含量不低于70%，复合材料中纤维体积分数为40~45%；所述复合材料氧化铝基体通过高固相含量、低粘度水性氧化铝粉体浆料多次浸渍‑干燥‑烧结工艺完成，水性氧化铝粉体浆料固含量为30~40vol%，浆料粘度为5~30mPa⋅s，pH为3~4.5，Zeta电位为60~70mV。本发明还提供了复合材料的制备方法。本发明的复合材料层间有增强纤维，整体性好；本发明的制备方法工艺简单，成本低，环保性好，易于实现大规模产业化。

技术领域

本发明属于连续纤维增强陶瓷基复合材料技术领域，特别涉及一种基于水性浆料浸渍工艺的氧化铝纤维编织件增强氧化铝复合材料及其制备方法。

背景技术

连续氧化铝纤维增强氧化物复合材料具有耐高温、抗氧化、高强度、高韧性、耐腐蚀和耐磨损等优异特性，与非氧化物纤维增强陶瓷基复合材料相比，其不存在高温氧化的问题，能够在高温有氧环境下长时间工作，是航空发动机、地面燃气轮机、高速飞行器热部件的重要备选材料。

公开号CN 105254320A、CN 106699209A和CN 106904952A中国专利文献分别公开了连续氧化物纤维增强陶瓷基复合材料及制备方法，都是采用有机先驱体溶液或溶胶引入基体，经过多次浸渍-固化-热处理得到复合材料，该制备方法存在一些不足：一是有机先驱体溶液或溶胶在干燥和高温热处理过程中都面临复杂的化学过程，易对纤维造成损伤；二是由于有机先驱体或溶胶的陶瓷产率低，一般不超过20wt%，需要经过8次以上的反复浸渍-高温热处理，此过程易加剧氧化铝纤维的热损伤，不利于进一步提升复合材料力学性能，且周期长，效率低、工艺成本高。公开号CN110590388A中国专利公开了一种低成本、高效氧化铝纤维增强氧化铝复合材料的制备方法，采用氧化铝浆料刷涂、模压成型，然后干燥、烧结得到复合材料，克服了上述制备方法的不足，无需多次浸渍-高温热处理，效率高，环保性好，但是仍存在以下缺陷：采用模压工艺难以成型大型复杂构件；烧结过程需要两步烧结：第一步带模具900℃左右预烧，脱模后进行终烧；模具需要耐高温，并且需要阴阳模具，工艺复杂，成本高。

因此，现有技术制备的连续氧化铝纤维增强复合材料存在以下不足：1）以二维布层铺复合材料为主，由于层间无增强纤维，服役过程中容易出现分层失效；2）以有机先驱体溶液对三维纤维编织件进行致密化处理可以制备出三维复合材料，层间性能可增强，但是有机先驱体溶液在高温处理过程中易对纤维造成化学损伤，导致复合材料综合性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水性浆料浸渍工艺的三维氧化铝纤维编织件增强氧化铝复合材料及其制备方法，从而克服背景技术提到的不足与缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于水性浆料浸渍工艺的三维氧化铝纤维编织件增强氧化铝复合材料，所述复合材料的孔隙率为20~30%；所述复合材料增强相为连续氧化铝纤维编织件，编织件为纤维布缝合、二维半或三维编织方式，氧化铝纤维中氧化铝的质量含量不低于70%，复合材料中纤维体积分数为40~45%；所述复合材料氧化铝基体通过高固相含量、低粘度水性氧化铝粉体浆料多次浸渍-干燥-烧结工艺完成，水性氧化铝粉体浆料固含量为30~40vol%，浆料粘度为5~30mPa⋅s，pH为3~4.5，Zeta电位为60~70mV。

一种上述基于水性浆料浸渍工艺的三维氧化铝纤维编织件增强氧化铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备氧化铝纤维编织件，并进行去胶处理；

（2）制备浸渍用水性氧化铝粉体浆料；

（3）复合材料粗坯制备：首周期采用水性氧化铝粉体浆料对氧化铝纤维编织件进行真空浸渍得到首周期浸渍后的氧化铝纤维编织件，对首周期浸渍后的氧化铝纤维编织件采用真空袋压方式干燥，脱模后烧结，完成复合材料粗坯制备；