本发明涉及浮力材料制备技术领域，具体为一种有效提高体系间结合性能的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。目前研制的高抗压、低密度浮力材料多数是以环氧树脂、酚醛树脂等作为粘结剂，大量填充空心微珠及添加剂制成性能优异的轻质浮力材料，其中，基体组分为有机材料、填料组分为无机微珠，但是有机、无机混合组分之间的界面结合强度比较差，且非常不稳定，这就成为了进一步发展轻质浮力材料的技术瓶颈。虽然目前有不少研究人员从微珠改性入手，尝试通过偶联剂的作用，来改变基体与填料界面结合不强的问题，但是两者体系相差太大，偶联剂效果较为有限。
如果能够从界面强度入手，通过改变基体体系，选用无机粘结剂作为基体，使其与空心微珠的界面结合更加紧密，从而有效提高固体浮力材料内部的界面强度，进而提高其抗压强度，与此同时，无机基体的引入能够大大提高了复合材料的耐温性，适应新科技对材料的功能需求，也能够有效扩大了浮力材料的应用领域。
本发明提供一种有效提高体系间结合性能的浮力材料及制备方法，旨在解决现有的浮力材料，由于其组分中的有机体系与无机空心微珠的体系不同，所导致的两者体系间界面结合强度不高且不稳定的技术问题。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种有效提高体系间结合性能的浮力材料及制备方法，解决了现有的浮力材料，由于其组分中的有机体系与无机空心微珠的体系不同，所导致的两者体系间界面结合强度不高且不稳定的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种有效提高体系间结合性能的浮力材料，包括以下重量份数配比的原料：50～90份玻璃粉、88～160份无机粘结剂、8～20份碱金属磷酸盐；
其中，玻璃粉包括40～60份纳米sio2、6～9份纳米b2o3、2～10份微米al2o3、1～6份微米na2o、1～5份微米mgo；
无机粘结剂包括60～80份纳米sio2、10～25份纳米b2o3、10～30份纳米al2o3、5～15份纳米na2o、3～10份纳米mgo。
优选的，所述玻璃粉还包括20份微米sio2、3份微米b2o3。
一种有效提高体系间结合性能的浮力材料的制备方法，包括以下步骤：
s1.空心玻璃微珠的制备
(1)取40～60份纳米sio2、6～9份纳米b2o3、2～10份微米al2o3、1～6份微米na2o、1～5份微米mgo，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的空心玻璃微珠；
s2.取60～80份纳米sio2、10～25份纳米b2o3、10～30份纳米al2o3、5～15份纳米na2o、3～10份纳米mgo，配制无机粘结剂，备用；
s3.将8～20份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；
s4.将步骤s2中的无机粘结剂加入到步骤s103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中的空心玻璃微珠，继续搅拌至空心玻璃微珠分散均匀后，干燥处理使溶剂完全挥发，制备得到浓缩组分；
s5.先将步骤s4中的浓缩组分在80～120mpa的压力下压制成型，再于600～870℃下煅烧2～4h，制备得到浮力材料。
优选的，所述步骤s5中，浓缩组分在110mpa的压力下压制成型，再于820℃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：
本发明以纳米级陶瓷颗粒为无机粘结剂，结合空心玻璃微珠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0.49～0.56g/cm3、抗压强度为20.3～22.7mpa、吸水率≤1％，与现有技术中有机固体浮力材料的密度0.28～0.52g/cm3、抗压强度5.0～25mpa、吸水率≤1％相比，基本上达到了现有技术中有机固体浮力材料的制备水平。
具体实施方式
实施例一：
浮力材料的制备方法包括以下步骤：
s101.空心玻璃微珠的制备
(1)称取20g平均粒径≤50nm的sio2、20g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤5um的sio2、3g平均粒径≤50nm的b2o3、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、1g平均粒径≤50um的mgo，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℃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的空心玻璃微珠；
s102.称取60g平均粒径≤150nm的sio2、10g平均粒径≤150nm的b2o3、10g平均粒径≤150nm的al2o3、5g平均粒径≤150nm的na2o、3g平均粒径≤150nm的mgo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s103.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；
s104.将步骤s102中的无机粘结剂加入到步骤s103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中的空心玻璃微珠，继续搅拌至空心玻璃微珠分散均匀后，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；
s105.先将步骤s104中的浓缩组分在80mpa的压力下压制成型，再于600℃下煅烧2h，制备得到浮力材料；
s106.经过测试，步骤s105中的浮力材料的体积密度为0.56g/cm3、抗压强度为21.6mpa、吸水率≤1％。
实施例二：
浮力材料的制备方法包括以下步骤：
s201.空心玻璃微珠的制备
(1)称取30g平均粒径≤50nm的sio2、20g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤5um的sio2、5g平均粒径≤50nm的b2o3、3g平均粒径≤150nm的b2o3、3g平均粒径≤5um的b2o3、6g平均粒径≤50um的al2o3、4g平均粒径≤50um的na2o、3g平均粒径≤50um的mgo，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的空心玻璃微珠；
s202.称取70g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤150nm的b2o3、20g平均粒径≤150nm的al2o3、10g平均粒径≤150nm的na2o、6g平均粒径≤150nm的mgo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s203.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；
s204.将步骤s102中的无机粘结剂加入到步骤s103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中的空心玻璃微珠，继续搅拌至空心玻璃微珠分散均匀后，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；
s205.先将步骤s104中的浓缩组分在110mpa的压力下压制成型，再于820℃下煅烧4h，制备得到浮力材料；
s206.经过测试，步骤s105中的浮力材料的体积密度为0.61g/cm3、抗压强度为20.3mpa、吸水率≤1％。
实施例三：
浮力材料的制备方法包括以下步骤：
s301.空心玻璃微珠的制备
(1)称取40g平均粒径≤50nm的sio2、20g平均粒径≤150nm的sio2、20g平均粒径≤5um的sio2、6g平均粒径≤50nm的b2o3、3g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、5g平均粒径≤50um的mgo，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的空心玻璃微珠；
s302.称取80g平均粒径≤150nm的sio2、25g平均粒径≤150nm的b2o3、30g平均粒径≤150nm的al2o3、15g平均粒径≤150nm的na2o、10g平均粒径≤150nm的mgo，充分混合均匀，配制得到无机粘结剂；
s303.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；
s304.将步骤s102中的无机粘结剂加入到步骤s103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中的空心玻璃微珠，继续搅拌至空心玻璃微珠分散均匀后，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；
s305.先将步骤s104中的浓缩组分在120mpa的压力下压制成型，再于870℃下煅烧4h，制备得到浮力材料；
s306.经过测试，步骤s105中的浮力材料的体积密度为0.49g/cm3、抗压强度为22.7mpa、吸水率≤1％。