本发明涉及固体浮力材料制备技术领域，具体为一种中空玻璃微球复合无机固体浮力材料及制备方法。
背景技术：
浮力材料是重要的工程材料，被广泛用于深潜器的制造、海洋油气资源开发、海上人工岛建造等海洋开发领域。随着海洋开发的进一步深入，深海热液探测设备、海洋空间站建设、跨介质飞行器制造等领域对浮力材料的耐温性提出了更高的要求。目前国内外主要采用的是树脂基的有机固体浮力材料，一般是通过在树脂基体中加入空心球制备而成。这种浮力材料具有轻质高强等优点，但也有不耐高温的缺点。
目前采用以耐高温的陶瓷粘结剂代替树脂基体的思路，用陶瓷粘结剂结合陶瓷空心微球制备了耐高温的无机固体浮力材料。利用硼铝硅酸盐玻璃粉为高温粘结剂结合空心玻璃微珠，可以得到体积密度为0.23-0.91g/cm3，抗压强度为4.94-28.03mpa的耐温无机浮力材料，在500-550℃时，所制备的无机浮力材料仍能保持室温时力学性能。与有机固体浮力材料，上述无机固体浮力材料具有优异的耐高温性能，但是采用陶瓷粘结剂结合陶瓷空心微球制备的无机固体浮力材料，在使用的过程中，存在脆性大、耐冲击能力低、易碎的缺点，且后加工能力低，产品不易回收利用。
本发明提供一种中空玻璃微球复合无机固体浮力材料及制备方法，旨在解决现有的无机固体浮力材料，在实现轻质高强与耐高温性能的同时，存在的脆性大、耐冲击能力低、易碎的技术问题。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种中空玻璃微球复合无机固体浮力材料及制备方法，解决了现有的无机固体浮力材料，在实现轻质高强与耐高温性能的同时，存在的脆性大、耐冲击能力低、易碎的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种中空玻璃微球复合无机固体浮力材料，包括以下重量份数配比的原料：29～65份玻璃粉、85～152份无机粘结剂、10～25g短切e-cr玻璃纤维、8～20份碱金属磷酸盐；
其中，玻璃粉包括20～40份纳米sio2、6～9份纳米b2o3、2～10份微米al2o3、1～6份微米na2o；
无机粘结剂包括60～80份微米sio2、10～25份微米b2o3、10～30份微米al2o3、2～7份微米na2o、3～10份微米pbo。
优选的，所述玻璃粉还包括20份微米sio2、3份微米b2o3。
一种中空玻璃微球复合无机固体浮力材料的制备方法，包括以下步骤：
s1.中空玻璃微球的制备
(1)称取20～40份纳米sio2、6～9份纳米b2o3、2～10份微米al2o3、1～6份微米na2o，配制成玻璃粉，备用；
(2)将步骤(1)中的原料充分混合膨化之后置于电熔坩埚中，在1200～1400℃下熔制，使用甲烷烧制80～120min，将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集平均粒径≤10um的中空玻璃微球；
s2.称取60～80份微米sio2、10～25份微米b2o3、10～30份微米al2o3、2～7份微米na2o、3～10份微米pbo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s3.称取10～25g短切e-cr玻璃纤维，备用；
s4.将8～20g碱金属磷酸盐溶解在由蒸馏水和无水乙醇组成的混合溶剂中，配制得到分散剂溶液；
s5.将步骤s2中的无机粘结剂加入到步骤s4中的分散剂溶液中，搅拌至无机粘结剂分散均匀后，加入步骤s1中的中空玻璃微球与步骤s3中的短切e-cr玻璃纤维，继续搅拌至分散液均匀后，在搅拌速率180r/min、温度110℃下干燥处理使溶剂完全挥发，制备得到浓缩组分；
s6.先将步骤s5中的浓缩组分在200～350mpa的压力下压制成型，再于650～820℃下煅烧2～4h，制备得到浮力材料。
优选的，所述步骤s6中，浓缩组分在300mpa的压力下压制成型，再于780℃下煅烧4h。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
本发明以微米级陶瓷颗粒为无机粘结剂，结合中空玻璃微球制备出界面间结合性能优异的浮力材料，经测试，其体积密度为0.61～0.79g/cm3、抗压强度为20.2～23.6mpa、吸水率≤1％，与现有技术中耐温无机浮力材料的密度0.23～0.91g/cm3、抗压强度4.94～28.03mpa、吸水率≤1％相比，基本上达到了现有技术中耐温无机浮力材料的制备水平；
且本发明在无机粘结剂与中空玻璃微球之间添加长度3～6mm、直径9～13um的短切e-cr玻璃纤维，短切e-cr玻璃纤维能够有效地起到改善浮力材料的脆性性能、并提高其耐冲击性能的技术效果。
具体实施方式
实施例一：
上述浮力材料的制备方法包括以下步骤：
s101.中空玻璃微球的制备
(1)称取20g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤5um的sio2、3g平均粒径≤150nm的b2o3、3g平均粒径≤5um的b2o3、2g平均粒径≤50um的al2o3、1g平均粒径≤50um的na2o，备用；
(2)将步骤(1)中的原料充分混合膨化之后置于电熔坩埚中，在1200℃下熔制，使用甲烷烧制80min，将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集平均粒径≤10um的中空玻璃微球；
s102.称取60g平均粒径≤5um的sio2、10g平均粒径≤5um的b2o3、10g平均粒径≤5um的al2o3、2g平均粒径≤5um的na2o、3g平均粒径≤5um的pbo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s103.称取10g长度3～6mm、直径9～13um的短切e-cr玻璃纤维，备用；
s104.将8g三聚磷酸钠溶解在由100ml蒸馏水和100ml无水乙醇组成的混合溶剂中，配制得到分散剂溶液；
s105.将步骤s102中的无机粘结剂加入到步骤s104中的分散剂溶液中，搅拌至无机粘结剂分散均匀后，加入步骤s101中的中空玻璃微球与步骤s103中的短切e-cr玻璃纤维，继续搅拌至分散液均匀后，在搅拌速率180r/min、温度110℃下干燥处理使溶剂完全挥发，制备得到浓缩组分；
s106.先将步骤s105中的浓缩组分在200mpa的压力下压制成型，再于650℃下煅烧2h，制备得到浮力材料；
s107.经过测试，步骤s106中的浮力材料的体积密度为0.79g/cm3、抗压强度为23.6mpa、吸水率≤1％。
实施例二：
上述浮力材料的制备方法包括以下步骤：
s201.中空玻璃微球的制备
(1)称取30g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤5um的sio2、5g平均粒径≤150nm的b2o3、3g平均粒径≤5um的b2o3、7g平均粒径≤50um的al2o3、4g平均粒径≤50um的na2o，备用；
(2)将步骤(1)中的原料充分混合膨化之后置于电熔坩埚中，在1300℃下熔制，使用甲烷烧制100min，将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集平均粒径≤10um的中空玻璃微球；
s202.称取70g平均粒径≤5um的sio2、20g平均粒径≤5um的b2o3、20g平均粒径≤5um的al2o3、5g平均粒径≤5um的na2o、6g平均粒径≤5um的pbo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s203.称取15g长度3～6mm、直径9～13um的短切e-cr玻璃纤维，备用；
s204.将15g六偏磷酸钠溶解在由100ml蒸馏水和100ml无水乙醇组成的混合溶剂中，配制得到分散剂溶液；
s205.将步骤s202中的无机粘结剂加入到步骤s204中的分散剂溶液中，搅拌至无机粘结剂分散均匀后，加入步骤s201中的中空玻璃微球与步骤s203中的短切e-cr玻璃纤维，继续搅拌至分散液均匀后，在搅拌速率180r/min、温度110℃下干燥处理使溶剂完全挥发，制备得到浓缩组分；
s206.先将步骤s205中的浓缩组分在30mpa的压力下压制成型，再于780℃下煅烧4h，制备得到浮力材料；
s207.经过测试，步骤s206中的浮力材料的体积密度为0.61g/cm3、抗压强度为20.2mpa、吸水率≤1％。
实施例三：
上述浮力材料的制备方法包括以下步骤：
s301.中空玻璃微球的制备
(1)称取40g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤5um的sio2、6g平均粒径≤150nm的b2o3、3g平均粒径≤5um的b2o3、10g平均粒径≤50um的al2o3、6g平均粒径≤50um的na2o，备用；
(2)将步骤(1)中的原料充分混合膨化之后置于电熔坩埚中，在1400℃下熔制，使用甲烷烧制120min，将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集平均粒径≤10um的中空玻璃微球；
s102.称取80g平均粒径≤5um的sio2、25g平均粒径≤5um的b2o3、30g平均粒径≤5um的al2o3、7g平均粒径≤5um的na2o、10g平均粒径≤5um的pbo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s303.称取25g长度3～6mm、直径9～13um的短切e-cr玻璃纤维，备用；
s304.将20g焦磷酸钠溶解在由100ml蒸馏水和100ml无水乙醇组成的混合溶剂中，配制得到分散剂溶液；
s305.将步骤s302中的无机粘结剂加入到步骤s304中的分散剂溶液中，搅拌至无机粘结剂分散均匀后，加入步骤s301中的中空玻璃微球与步骤s303中的短切e-cr玻璃纤维，继续搅拌至分散液均匀后，在搅拌速率180r/min、温度110℃下干燥处理使溶剂完全挥发，制备得到浓缩组分；
s306.先将步骤s305中的浓缩组分在350mpa的压力下压制成型，再于820℃下煅烧3h，制备得到浮力材料；
s307.经过测试，步骤s306中的浮力材料的体积密度为0.67g/cm3、抗压强度为21.8mpa、吸水率≤1％。