一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的石膏產(chǎn)品由于其機械強度低、耐水性差而使其應用范圍大大受到限制，影響了石膏礦資源的開發(fā)和利用，而陶瓷行業(yè)由于產(chǎn)品需求量的增加，某些地方原料的供應也日益緊張，以石膏為主要原料生產(chǎn)具有明顯陶瓷特性的石膏陶瓷制品，也越來越受到大眾的喜愛。但是陶瓷材料的致命弱點是脆性，在外力作用下，在材料表面或內(nèi)部微裂紋尖端產(chǎn)生應力集中，裂紋擴展形成表面能以消耗能量，因而裂紋的擴展速度極其迅速，往往在瞬間就使陶瓷材料遭到災難性的破壞。根據(jù)復合材料理論，當裂紋擴展遇到遇到纖維時，通過纖維與基體界面的脫離來吸收能量，緩和應力集中；部分纖維在張應力作用下發(fā)生斷裂而從基體中拔出時，也將吸收較大的能量。因此，纖維增強陶瓷基復合材料是一種有效解決陶瓷材料脆性的途徑。
[0003]氧化鋁纖維具有突出的耐高溫性能，絕熱性好、熱容量小，良好的耐化學腐蝕性能，與基體的浸潤性良好，界面反應較小，所以氧化鋁纖維增強陶瓷基復合材料具有良好的耐高溫性能和較高的斷裂韌性，復合材料的力學性能、耐磨性、硬度均有提高，熱膨脹系數(shù)降低，并且氧化鋁纖維經(jīng)過抗氧化處理，所以在高溫氧化環(huán)境下長時間工作，不會因為發(fā)生氧化而形成在耐性斷裂，并且成本相對較低，是一種最有潛力的耐高溫、斷裂材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，廣泛的利用石膏資源，為降低陶瓷行業(yè)能耗開辟了一條新途徑。
[0005]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實施:
一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:石膏50-70、硫酸鋇10-12、改性氧化鋁纖維10-15、鋁粉3_5、過硫酸銨0.01-0.03、苯乙烯4-6、過氧化一■異丙苯0.1_0.3、輕丙基纖維素1_2、聚乙稀錯1_3、瓷土 8-10、乙醇20-30、去離子水30-50 ；
所述改性氧化鋁纖維的制備方法是:將氧化鋁纖維在丙酮中浸泡1-2小時，取出后用蒸餾水沖洗2-3次，烘干備用；將10-15重量份的鈦酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到帶有磁力攪拌器的燒瓶中，將2-3重量份的去離子水、0.2-0.4重量份的鹽酸和2-5重量份的乙醇充分混合，緩慢滴加到燒瓶中，再加入2-4重量份的氧化鉬粉末，攪拌30-40分鐘，將備用的氧化鋁纖維加到凝膠中在真空度為0.09-0.1MPa下浸漬1_2小時，取出后于70-80° C下烘干，如此反復操作2-3次，最后在高純氬氣的保護下于500-600° C下高溫反應1-2小時即可。
[0006]本發(fā)明所述一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將石膏、瓷土和硫酸鋇加到球磨機中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1:2，再將苯乙烯、過硫酸銨加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入聚乙烯蠟、羥丙基纖維素和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機中，球磨20-40分鐘；
(2)將球磨得到的漿料抽真空，抽2-5分鐘后向漿料中加入過氧化二異丙苯繼續(xù)攪拌均勻，再將漿料注入到疊層玻璃模具中后在真空干燥箱內(nèi)于60-80° C下干燥1-2小時；
(3)將步驟(2)中的濕坯脫模在室溫下自然干燥1-2天，然后在95-100°C溫度下，濕度在60-70%的條件下干燥1-2天，將剩余的成分裝入等離子噴涂送粉裝置在坯體表面噴涂均勻；
(4)將步驟(3)的坯體在室溫下以3-5°C/min的速率升溫至200° C，再以1_2° C/min的速率升溫至600° C，恒溫保持1_2小時后放置于真空燒結(jié)爐中，在800-1000° C的溫度下燒結(jié)3-4小時，即可得到。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明添加的經(jīng)過抗氧化處理的氧化鋁纖維作為陶瓷的增強相具有增強陶瓷韌性、力學性能、耐磨性、硬度和耐高溫的特性，添加的硫酸鋇在高溫煅燒下不變色，使陶瓷白度增強，密度均勻，光澤性好，表面平滑的作用。
[0008]具體實施方案
下面通過具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0009]一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:石膏66、硫酸鋇12、改性氧化鋁纖維15、鋁粉4、過硫酸銨0.02、苯乙烯5、過氧化二異丙苯0.2、羥丙基纖維素2、聚乙烯蠟3、瓷土 9、乙醇30、去離子水50 ；
所述改性氧化鋁纖維的制備方法是:將氧化鋁纖維在丙酮中浸泡2小時，取出后用蒸餾水沖洗3次，烘干備用；將12重量份的鈦酸四丁酯和160重量份的乙醇混合加到帶有磁力攪拌器的燒瓶中，將3重量份的去離子水、0.3重量份的鹽酸和5重量份的乙醇充分混合，緩慢滴加到燒瓶中，再加入4重量份的氧化鉬粉末，攪拌40分鐘，將備用的氧化鋁纖維加到凝膠中在真空度為0.09MPa下浸漬I小時，取出后于80° C下烘干，如此反復操作3次，最后在高純氬氣的保護下于600° C下高溫反應2小時即可。
[0010]本發(fā)明所述一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將石膏、瓷土和硫酸鋇加到球磨機中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1:2，再將苯乙烯、過硫酸銨加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入聚乙烯蠟、羥丙基纖維素和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機中，球磨40分鐘；
(2)將球磨得到的漿料抽真空，抽5分鐘后向漿料中加入過氧化二異丙苯繼續(xù)攪拌均勻，再將漿料注入到疊層玻璃模具中后在真空干燥箱內(nèi)于80° C下干燥2小時；
(3)將步驟(2)中的濕坯脫模在室溫下自然干燥2天，然后在100°C溫度下，濕度在60%的條件下干燥2天，將剩余的成分裝入等離子噴涂送粉裝置在坯體表面噴涂均勻；
(4)將步驟(3)的坯體在室溫下以5°C/min的速率升溫至200° C，再以1° C/min的速率升溫至600° C，恒溫保持2小時后放置于真空燒結(jié)爐中，在900° C的溫度下燒結(jié)4小時，即可得到。
[0011]本實施例中陶瓷的性能指標結(jié)果如下:抗壓強度(MPa) 100 ；
斷裂韌性(Mpa/m1/2) 2.8 ；彎曲強度(MPa):彡260 ;
熱膨脹系數(shù)(10—7K):彡4.2;抗折強度(MPa):彡15。
【主權(quán)項】
1.一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:石膏50-70、硫酸鋇10-12、改性氧化鋁纖維10-15、鋁粉3_5、過硫酸銨0.01-0.03、苯乙烯4-6、過氧化二異丙苯0.1-0.3、羥丙基纖維素1_2、聚乙烯蠟1_3、瓷土8-10、乙醇20-30、去離子水30-50 ； 所述改性氧化鋁纖維的制備方法是:將氧化鋁纖維在丙酮中浸泡1-2小時，取出后用蒸餾水沖洗2-3次，烘干備用；將10-15重量份的鈦酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到帶有磁力攪拌器的燒瓶中，將2-3重量份的去離子水、0.2-0.4重量份的鹽酸和2-5重量份的乙醇充分混合，緩慢滴加到燒瓶中，再加入2-4重量份的氧化鉬粉末，攪拌30-40分鐘，將備用的氧化鋁纖維加到凝膠中在真空度為0.09-0.1MPa下浸漬1_2小時，取出后于70-80° C下烘干，如此反復操作2-3次，最后在高純氬氣的保護下于500-600° C下高溫反應1-2小時即可。2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將石膏、瓷土和硫酸鋇加到球磨機中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1:2，再將苯乙烯、過硫酸銨加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入聚乙烯蠟、羥丙基纖維素和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機中，球磨20-40分鐘； (2)將球磨得到的漿料抽真空，抽2-5分鐘后向漿料中加入過氧化二異丙苯繼續(xù)攪拌均勻，再將漿料注入到疊層玻璃模具中后在真空干燥箱內(nèi)于60-80° C下干燥1-2小時； (3)將步驟(2)中的濕坯脫模在室溫下自然干燥1-2天，然后在95-100°C溫度下，濕度在60-70%的條件下干燥1-2天，將剩余的成分裝入等離子噴涂送粉裝置在坯體表面噴涂均勻； (4)將步驟(3)的坯體在室溫下以3-5°C/min的速率升溫至200° C，再以1_2° C/min的速率升溫至600° C，恒溫保持1_2小時后放置于真空燒結(jié)爐中，在800-1000° C的溫度下燒結(jié)3-4小時，即可得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鋁纖維增強石膏陶瓷基復合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：石膏50-70、硫酸鋇10-12、改性氧化鋁纖維10-15、鋁粉3-5、過硫酸銨0.01-0.03、苯乙烯4-6、過氧化二異丙苯0.1-0.3、羥丙基纖維素1-2、聚乙烯蠟1-3、瓷土8-10、乙醇20-30、去離子水30-50；本發(fā)明添加的經(jīng)過抗氧化處理的氧化鋁纖維作為陶瓷的增強相具有增強陶瓷韌性、力學性能、耐磨性、硬度和耐高溫的特性，添加的硫酸鋇在高溫煅燒下不變色，使陶瓷白度增強，密度均勻，光澤性好，表面平滑的作用。
【IPC分類】C04B35/515, C04B35/80
【公開號】CN104909752
【申請?zhí)枴緾N201510252300
【發(fā)明人】周正紅
【申請人】銅陵宏正網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月19日