專利名稱：石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明涉及一種石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，為特種功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空航天透波材料是保護(hù)飛行器在惡劣環(huán)境條件下通訊遙測、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)正常 工作的一種多功能介質(zhì)材料，在各種飛行器無線電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著飛行器飛 行馬赫數(shù)不斷提高，處于飛行器氣動力和氣動熱最大、最高位置的天線罩需承受的溫度和 熱沖擊越來越高，因此高溫透波材料成為研究重點。高溫透波材料一般應(yīng)滿足以下要求 優(yōu)良的電性能，介電常數(shù)e和損耗正切值tgS都要?。桓邷叵卤３肿銐虻臋C(jī)械強度和適當(dāng) 的彈性模量；良好的熱沖擊和耐熱性；經(jīng)得起雨蝕、輻射等環(huán)境條件；可生產(chǎn)性和經(jīng)濟(jì)性。 石英纖維從20世紀(jì)30年代起應(yīng)用于空間飛行器和軍用飛機(jī)，它對雷達(dá)頻率的透過性比玻 璃纖維更好，在100MHz 100GHz內(nèi)石英纖維的介電常數(shù)保持不變，介質(zhì)損耗正切的變化也 非常小，僅從2乂104變化到4.5乂104，并且介電性能隨溫度變化較小，是最理想的的寬頻 透波增強材料。石英纖維增強二氧化硅基復(fù)合材料是一種耐高溫透波復(fù)合材料，它克服了 單質(zhì)陶瓷的脆性，具有較高的韌性，在航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。石英纖維增強 二氧化硅基復(fù)合材料主要是由石英纖維增強體和Si02基體組成，其中Si02基體由硅溶膠轉(zhuǎn) 化及添加的熔融石英粉組成，是具有硅氧鍵無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔體，故石英纖維表面和 二氧化硅基體中均有較多的硅羥基，在較高的溫度下，石英纖維/二氧化硅復(fù)合材料的界面 處羥基間發(fā)生縮合反應(yīng)，使復(fù)合材料產(chǎn)生過高的界面結(jié)合力，當(dāng)材料發(fā)生破壞時，復(fù)合材 料表面為脆性斷裂，纖維的強韌化作用沒有發(fā)揮出來，從而降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能， 不能滿足實際應(yīng)用的需要。為了改善石英纖維/二氧化硅復(fù)合材料的界面結(jié)合狀態(tài)，在石英 纖維與二氧化硅基體間引入強度適合的界面，對提高復(fù)合材料的力學(xué)性能是非常重要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，科學(xué)合理，易于實 施，在石英纖維表面敷設(shè)Al203涂層，提高材料的力學(xué)性能，降低材料的脆性斷裂。 本發(fā)明所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，按照下列操作進(jìn)行
將鋁離子、硝酸、螯合劑或稱表面活性劑按照摩爾比i: (o.03 o.28) :(o.5 D 3的比例分別加入到溶劑中，直至全部水解生成沉淀，再加入膠溶劑進(jìn)行膠溶，然后在50 IOO'C的溫度下回流加熱攪拌8 24h后制得透明、穩(wěn)定的A1A溶膠；
將石英纖維裝入八1203溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，然后在室溫 80'C溫度區(qū)間下進(jìn)行升 溫逐漸干燥，再經(jīng)過450 850"C的熱處理，既得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。
其中
溶劑選用去離子水或異丙醇中的一種。 螯合劑選用乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯或丙三醇中的一種。 膠溶劑選用硝酸，加入硝酸后調(diào)節(jié)pH值為2.5 4.5。
鋁離子的鋁源物質(zhì)為A1(0C3H7)3、 A1(N03)3'9H20或A1C13'6H20中的一種，鋁源物質(zhì)為 A1(0C3H7)3時，溶劑為異丙醇，按照異丙醇鋁、異丙醇的摩爾比為1 : (20 25)加入，再 按照異丙醇鋁、去離子水摩爾比為1 : (10 40)加入去離子水，至完全水解完，用硝酸 膠溶；鋁源物質(zhì)為Al(N03)3'9H20或AlCl3'6H20時，溶劑為去離子水，溶解完后，滴加氨水 至胡=9 9.5得到沉淀，沉淀直接用去離子水沖洗抽慮，去除其中的N(V或Cr離子，將沉 淀重新用水分散，然后加入硝酸進(jìn)行膠溶。
石英纖維浸漬前首先將表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除。
浸漬時間控制為0. 5 3h，輔助抽真空或超聲振動等處理措施使涂層均勻滲入到纖維 束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的Al203溶膠，
本發(fā)明制備方法不僅可用于石英纖維織物增強二氧化硅基復(fù)合材料，還可以用于石英 纖維織物增強氮化硅基復(fù)合材料和石英纖維織物增強碳化硅基復(fù)合材料等硅基復(fù)合材料。
本發(fā)明制備方法首先用溶膠-凝膠法制備出A1203溶膠，然后再在石英纖維表面涂敷 Al203涂層，制得敷有氧化鋁涂層的石英纖維，氧化鋁涂層與石英纖維粘附性較好，在纖維 表面較均勻的形成一層，有效的隔離了石英纖維與硅基體之間的羥基縮合反應(yīng)，降低了高 溫下石英纖維/二氧化硅之間的反應(yīng)，改善了石英纖維/二氧化硅復(fù)合材料的界面結(jié)合狀態(tài)， 提高了石英纖維增強硅基復(fù)合材料的力學(xué)性能，降低了復(fù)合材料的脆性斷裂趨勢。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實施例l
制備A1A溶膠在三嘴燒瓶中加入1800g去離子水，加熱至8(TC，分批加入204g A1(0C3H7)3，直至一批全部水解完后再加下一批次，到最后全部溶解完，繼續(xù)加熱攪拌0. 5h， 往溶液中逐滴滴入50.06g乙酰丙酮，并不斷攪拌，使之化學(xué)改性，繼續(xù)加熱攪拌lh，蒸發(fā)除去大部分醇，然后加入2. 91gHN03溶液(HN03重量含量為65%)調(diào)節(jié)pH值，然后在80°C 下回流攪拌8h，即可制得透明、穩(wěn)定的Al203溶膠。
涂敷涂層首先將石英纖維表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除，再將石英纖維裝入Al203 溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，浸漬時間控制為1. 5h，輔助抽真空0. OlMPa，使涂層均勻滲入 到纖維束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的A1A溶膠，然后在室溫 80'C溫度區(qū) 間下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過55(TC的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。 實施例2
制備A1A溶膠在三嘴燒瓶中加入360g去離子水，加熱至80。C，將204g A1(0C3H7)3 溶解入6008 17 03中，然后分批加入到去離子水中，直至一批全部水解完后再加下一批次， 到最后全部溶解完，繼續(xù)加熱攪拌0.5h，往溶液中逐滴滴入65. 08g乙酰乙酸乙酯，并不 斷攪拌，使之化學(xué)該性，繼續(xù)加熱攪拌lh，蒸發(fā)除去大部分醇，然后加入6.78gHN03溶液 (HN03重量含量為為66%)調(diào)節(jié)pH值，然后在80'C下回流攪拌8h，即可制得透明、穩(wěn)定的 A1A溶膠。
涂敷涂層首先將石英纖維表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除，再將石英纖維裝入A1203 溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，浸漬時間控制為2h，輔助抽真空0. OlMPa，使涂層均勻滲入到 纖維束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的八1203溶膠，然后在室溫 8(TC溫度區(qū)間 下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過600'C的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。 實施例3
制備厶1203溶膠在三嘴燒瓶中加入1800g去離子水，分批加入A1(N03)3.9H20 375g， 直至一批全部水解完后再加下一批次，到最后全部溶解完，用氨水滴加至PH=9. 2生成沉淀， 沉淀無需陳化直接用去離子水沖洗，抽慮去除其中的NO廠，將沉淀重新用水分散，并加入 9. 69gHN03溶液(HN03重量含量為68%)調(diào)節(jié)pH值，然后在80'C下回流攪拌16h，即可制得透 明、穩(wěn)定的Al203溶膠。
涂敷涂層首先將石英纖維表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除，再將石英纖維裝入A1晶 溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，浸漬時間控制為3h，輔助超聲振動處理，使涂層均勻滲入到纖 維束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的A1A溶膠，然后在室溫 80'C溫度區(qū)間下 進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過75(TC的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。 實施例4
制備八1203溶膠在三嘴燒瓶中加入3600g去離子水，分批加入AlCl3.6H20 241. 37g， 直至一批全部水解完后再加下一批次，到最后全部溶解完，用氨水滴加至pH=9. 5生成沉淀，沉淀無需陳化直接用去離子水沖洗，抽慮去除其中的C廠，將沉淀重新用水分散，并加入 20gHN(UHN03重量含量為67呢)調(diào)節(jié)pH值，然后在80"C下回流攪拌10h，即可制得透明、穩(wěn) 定的A1A溶膠。
涂敷涂層首先將石英纖維表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除，再將石英纖維裝入A1A 溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，浸漬時間控制為2.5h，輔助超聲振動處理，使涂層均勻滲入到 纖維束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的Al203溶膠，然后在室溫 80'C溫度區(qū)間 下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過800'C的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。 實施例5
制備八1203溶膠在三嘴燒瓶中加入3600g去離子水，加熱至90°C，分批加入 Al(0C3H7)3204g，直至一批全部水解完后再加下一批次，到最后全部溶解完，繼續(xù)加熱攪拌 lh，往溶液中逐滴滴入100. 12g乙酰丙酮，并不斷攪拌，使之化學(xué)該性，繼續(xù)加熱攪拌1. 5h， 蒸發(fā)除去大部分醇，然后加26. 7gHN03溶液(朋03重量含量為66%)調(diào)節(jié)pH值，然后在80°C 下回流攪拌16h，即可制得透明、穩(wěn)定的AU)3溶膠。
涂敷涂層首先將石英纖維表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除，再將石英纖維裝入A1A 溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，浸漬時間控制為1.5h，輔助抽真空0. 008MPa，使涂層均勻滲入 到纖維束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的A1A溶膠，然后在室溫 8(TC溫度區(qū) 間下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過72(TC的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。 實施例6
制備八1203溶膠在三嘴燒瓶中加入540g去離子水，加熱至50。C，將204g A1(0C3H7)3 溶解入1500g C3H7 03中，然后分批加入720g去離子水中，直至一批全部水解完后再加下一 批次，到最后全部溶解完，繼續(xù)加熱攪拌lh，往溶液中逐滴滴入130. 15g乙酰乙酸乙酯， 并不斷攪拌，使之化學(xué)該性，繼續(xù)加熱攪拌lh，蒸發(fā)除去大部分醇，然后加入 19. 38gHN(UHN03重量含量為67%)調(diào)節(jié)pH值，然后在80'C下回流攪拌24h，即可制得透明、 穩(wěn)定的Al203溶膠。
涂敷涂層首先將石英纖維表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除，再將石英纖維裝入Al203 溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，浸漬時間控制為2. 3h，輔助超聲振動處理，使涂層均勻滲入莉 纖維束內(nèi)部，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的A1A溶膠，然后在室溫 80'C溫度區(qū)間 下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過680'C的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。
權(quán)利要求
1、一種石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于按照下列操作進(jìn)行將鋁離子、硝酸、螯合劑按照摩爾比1∶(0.03～0.28)∶(0.5～1)的比例分別加入到溶劑中，直至全部水解生成沉淀，再加入膠溶劑進(jìn)行膠溶，然后在50～100℃的溫度下回流加熱攪拌8～24h后制得透明、穩(wěn)定的Al2O3溶膠；將石英纖維裝入Al2O3溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，然后在室溫～80℃溫度區(qū)間下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過450～850℃的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于溶劑為去 離子水或異丙醇中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于螯合劑為 乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯或丙三醇中的一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于膠溶劑為 硝酸，加入硝酸后調(diào)節(jié)pH值為2.5 4.5。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于鋁離子的 鋁源物質(zhì)為Al (0C3H7) 3、 Al (N03) ,9H20或A1C13'6H20中的一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于鋁源物質(zhì) 為A1(0C3H7)3時，溶劑為異丙醇，按照異丙醇鋁、異丙醇的摩爾比為l: (20 25)加入， 再按照異丙醇鋁、去離子水摩爾比為1 : (10 40)加入去離子水，至完全水解完，用硝 酸膠溶。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于鋁源物質(zhì) 為A1(N03)3'9H20或A1C13*6H20時，溶劑為去離子水，溶解完后，滴加氨水至pH=9 9. 5得 到沉淀，沉淀直接用去離子水沖洗抽慮，去除其中的N03—或Cl—離子，將沉淀重新用水分散， 然后加入硝酸進(jìn)行膠溶。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1 7任一權(quán)利要求所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特 征在于石英纖維浸漬前首先將表面的有機(jī)浸潤劑經(jīng)熱處理去除。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于石英纖維 在浸漬A1A溶膠過程中，輔助抽真空或超聲振動處理使涂層均勻滲入到纖維束內(nèi)部。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，其特征在于浸漬時 間為0.5 3h，浸漬后經(jīng)過刮膠輥擠壓，除去多余的八1203溶膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石英纖維表面氧化鋁涂層的制備方法，為特種功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，按照下列操作進(jìn)行將鋁離子、硝酸、螯合劑按照摩爾比1∶(0.03～0.28)∶(0.5～1)的比例分別加入到溶劑中，直至全部水解生成沉淀，再加入膠溶劑進(jìn)行膠溶，然后在50～100℃的溫度下回流加熱攪拌8～24h后制得透明、穩(wěn)定的Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>溶膠；將石英纖維裝入Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>溶膠的浸膠槽里進(jìn)行浸漬，然后在室溫～80℃溫度區(qū)間下進(jìn)行升溫逐漸干燥，再經(jīng)過450～850℃的熱處理，即得敷有氧化鋁涂層的石英纖維?？茖W(xué)合理，易于實施，在石英纖維表面敷設(shè)Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>涂層，提高材料的力學(xué)性能，降低材料的脆性斷裂。
文檔編號C03C25/16GK101591148SQ20081015902
公開日2009年12月2日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者于宏林, 伶 李, 王洪升, 王重海, 程之強, 萍 翟, 陳達(dá)謙, 韋其紅 申請人:中材高新材料股份有限公司;山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院