一种陶瓷纤维块体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种陶瓷纤维块体，属于复合材料领域。本发明所述陶瓷纤维块体是将陶瓷纤维与热固性树脂材料复合，将热固性树脂固化所得，其中，所述陶瓷纤维的抗张强度为4.0~9.6GPa，密度为0.25~0.95g/cm3，纤维直径为1~20μm，纤维长度为100mm~500mm。该陶瓷纤维块体具有强度高，抗腐蚀性能强、比重轻、膨胀系数小、抗磨能力强等特点，可广泛用于在航天航空、机械、石油化工等领域。
【专利说明】一种陶瓷纤维块体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷纤维块体，属于复合材料领域。
【背景技术】
[0002]随着各行各业的飞速发展，对工业用纤维的要求越来越高，尤其要求其具有良好的强度和抗腐蚀性能。各种材料要求更高的功能性，要求可不损害由树脂、陶瓷、金属等固体材料形成的基体特性而较好地改良电特性、机械特性、热特性等物性的添加剂，此外，还需求提高燃料油、润滑剂等液体物性的添加剂等。陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、电子等行业都得到了广泛的应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种陶瓷纤维，该陶瓷纤维具有抗拉强度高，抗腐蚀性能强、柔韧性好、比重轻等特点。
[0004]一种陶瓷纤维块体，所述块体是将陶瓷纤维与热固性树脂材料复合，将热固性树脂固化所得，
[0005]其中，所述陶瓷纤维的抗张强度为4.(T9.6GPa，密度为0.25、.95g/cm3，纤维直径为I~20 μ m,纤维长度为IOOmm~500mm。
[0006]本发明所述陶瓷纤维块体优选所述热固性树脂材料为不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
[0007]本发明所述陶瓷纤维块体优选所述陶瓷纤维与热固性树脂的体积比为5~40:100。
[0008]本发明所述陶瓷纤维块体优选所述热固性树脂材料的粘度至少为15Pa.S。
[0009]本发明所述陶瓷纤维优选所述纤维的抗张强度为7.2、.6GPa，密度为0.25~0.55g/cm3,纤维直径为5~20 μ m。
[0010]本发明所述陶瓷纤维优选所述纤维的抗张强度为7.2~8.6GPa，密度为
0.30^0.50g/cm3,纤维直径为 8~20 μ m。
[0011]本发明的另一目的是提供上述陶瓷纤维的制备方法。
[0012]一种陶瓷纤维的制备方法，包括陶瓷原料处理、制浆、纺丝和热处理的步骤，所述陶瓷原料处理的步骤中，所述陶瓷原料按质量百分比，由下述组分组成:
[0013]BN0%~20%
SiBN0% ~20%
SiC10% ~20%
C20% ~40%
Al3N40% ~20%
AlN10%、20%
[0014]所述BN、SiBN、C、Al3N4、AlN和SiC的平均粒径均在300nm以下。
[0015]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述陶瓷原料处理的步骤中，所述陶瓷原料按质量百分比，由下述组分组成:
[0016]
SiC20°
C40%
Al3N420%
AlN20%
[0017]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述陶瓷原料处理的步骤中，所述陶瓷原料按质量百分比，由下述组分组成:
[0018]
SiBNIO0-
SiC20%
C40%
Al3N415%
AlN13%,
[0019]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述BN、SiBN、C、Al3N4、AlN和SiC的粒径为150nm~300nmo
[0020]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述BN、SiBN、C、Al3N4、AlN和SiC的粒径为150nm~200nmo
[0021]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述制浆步骤为:将陶瓷原料溶于高聚物溶质中，所述高聚物基体材料的分子量为20000-500000。
[0022]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述纺丝步骤为:所述高聚物基体材料的分子量为 100000~500000。
[0023]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选高聚物基体材料为聚苯乙烯或聚乙二醇。
[0024]本发明所述陶瓷纤维的制备方法优选所述制备方法包括下述工艺步骤:
[0025]①陶瓷原料处理:按比例备料，将BN、SiBN, C、Al3N4, AlN和SiC的平均粒径均在300nm以下的原料均匀混合；
[0026]②制浆:将步骤①所得陶瓷原料溶于高聚物基体材料中，所述高聚物基体材料的分子量为20000~500000，搅拌均匀；[0027]③纺丝:将步骤②所得浆液置于熔融纺丝装置中，真空下加热至10(TC ~120°C，保温0.5^1h,随后以10(T200m/min的速度进行纺丝，直径为f 20 μ m的原丝；
[0028]④热处理:将步骤③所得原丝置于高温炉中，在真空下以2(TlO(rC /min的速度，升温至1400°C~1800°C，处理2~24h。
[0029]本发明的有益效果是:本发明所述陶瓷纤维块体是将陶瓷纤维与热固性树脂材料复合，将热固性树脂固化所得，其中，所述陶瓷纤维的抗张强度为4.(T9.6GPa，密度为
0.25~0.95g/cm3,纤维直径为1~20 μ m,纤维长度为100mnT500mm。该陶瓷纤维块体具有强度高，抗腐蚀性能强、比重轻、膨胀系数小、抗磨能力强等特点，可广泛用于在航天航空、机械、石油化工等领域。
【具体实施方式】
[0030]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0031]实施例1
[0032]①陶瓷原料处理:按比例备料，将BN、SiBN, C、Al3N4, AlN和SiC的平均粒径均在300nm以下的原料均匀混合；
[0033]
SiC20%
C40%
AhN420%
AlN20%
[0034]②制浆:将步骤①所得陶瓷原料溶于高聚物基体材料中，所述高聚物基体材料的分子量为200000，搅拌均匀；
[0035]③纺丝:将步骤②所得浆液置于熔融纺丝装置中，真空下加热至120°C，保温lh，随后以150m/min的速度进行纺丝,直径为5μηι的原丝；
[0036]④热处理:将步骤③所得原丝置于高温炉中，在真空下以50°C /min的速度，升温至 1700°C，处理 12h。
[0037]所得纤维抗张强度为7.2GPa，密度0.33g/cm3,纤维直径为5 μ m，纤维长度200mm。
[0038]复合块体按下述方法制备:陶瓷纤维与环氧树脂的体积比为30:100，环氧树脂的粘度为20Pa.S，180°C下固化2h。
[0039]实施例2
[0040]①陶瓷原料处理:按比例备料，将BN、SiBN, C、Al3N4, AlN和SiC的平均粒径均在300nm以下的原料均匀混合；
[0041]SiBN10%
SiC20%
C40%
Al3N415%
久 IN15%?
[0042]②制浆:将步骤①所得陶瓷原料溶于高聚物基体材料中，所述高聚物基体材料的分子量为200000，搅拌均匀；
[0043]③纺丝:将步骤②所得浆液置于熔融纺丝装置中，真空下加热至120°C，保温lh，随后以100m/min的速度进行纺丝,直径为8μηι的原丝；
[0044]④热处理:将步骤③所得原丝置于高温炉中，在真空下以40°C /min的速度，升温至 1800。。，处理 12h。
[0045]所得纤维抗张强度为8.6GPa，，密度0.42g/cm3,纤维直径为8 μ m，纤维长度300mmo
[0046]复合块体按下 述方法制备:陶瓷纤维与环氧树脂的体积比为30:100，环氧树脂的粘度为20Pa.S，220°C下固化1.5h。
【权利要求】
1.一种陶瓷纤维块体，其特征在于:所述块体是将陶瓷纤维与热固性树脂材料复合，将热固性树脂固化所得， 其中，所述陶瓷纤维的抗张强度为4.(T9.6GPa，密度为0.25、.95g/cm3，纤维直径为I~20 μ m,纤维长度为IOOmm~500mm。
2.根据权利要求1所述的块体，其特征在于:所述热固性树脂材料为不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1所述的块体，其特征在于:所述陶瓷纤维与热固性树脂的体积比为5~40:100。
4.根据权利要求1所述的块体，其特征在于:所述热固性树脂材料的粘度至少为15Pa.S。
5.根据权利要求1所述的块体，其特征在于:所述陶瓷纤维按下述方法制备，包括陶瓷原料处理、制浆、纺丝和热处理的步骤，其特征在于:所述陶瓷原料处理的步骤中，所述陶瓷原料按质量百分比，由下述组分组成:BN0%-20%SiBN0% ~20%SiC10%^20%C20% ~40%Al3N40% ~20%AlN10%-20% 所述BN、SiBN、C、Al3N4、AlN和SiC的平均粒径均在300nm以下。
6.根据权利要求5所述的块体，其特征在于:所述陶瓷原料处理的步骤中，所述陶瓷原料按质量百分比，由下述组分组成:SiBN1O%SiC20%C40%Al3N415%AlN15%
7.根据权利要求5所述的块体，其特征在于:所述制浆步骤为:将陶瓷原料溶于高聚物溶质中，所述高聚物基体材料的分子量为20000-500000。
8.根据权利要求7所述的块体，其特征在于:高聚物基体材料为聚苯乙烯或聚乙二醇。
9.根据权利要求5所述的块体，其特征在于:所述制备方法包括下述工艺步骤: ①陶瓷原料处理:按比例备料，将BN、SiBN、C、Al3N4、AlN和SiC的平均粒径均在300nm以下的原料均匀混合； ②制浆:将步骤①所得陶瓷原料溶于高聚物基体材料中，所述高聚物基体材料的分子量为20000~500000，搅拌均匀； ③纺丝:将步骤②所得浆液置于熔融纺丝装置中，真空下加热至10(TC~120°C，保温.0.5~lh，随后以10(T200m/min的速度进行纺丝，直径为f 20 μ m的原丝； ④热处理:将步骤③所得原丝置于高温炉中，在真空下以2(TlO(rC /min的速度，升温至 14000C ~1800°C，处理 2~24h。
【文档编号】C04B35/52GK103804868SQ201210461383
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】张子瑜 申请人:大连捌伍捌创新工场科技服务有限公司