本發(fā)明屬于材料學技術領域，具體涉及一種無機非金屬材料的增強方法及用于增強碳化硅陶瓷的方法。
背景技術：
無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一，主要是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。水泥是一種應用最為廣泛，也最為常見的無機非金屬材料。傳統意義上的水泥一般指的是由硅酸鹽、鋁酸鹽或者磷酸鹽等組分構成的一類粉狀水硬性無機膠凝材料，主要應用于土木建筑、水利、國防等工程建設領域中。除了水硬性的傳統水泥以外，還有氯氧鎂水泥、硫氧鎂水泥、磷氧鎂水泥等。其中使用較多的是以氧化鎂為膠結劑、氯化鎂作為調和劑的鎂水泥，它是一種氣硬性無機膠凝材料，主要用于制作景觀類、裝飾類建筑材料或者用于生產工藝品、包裝材料、交通設施等。由于材料自身特性以及生產工藝條件的限制，以水泥為代表的無機非金屬材料在加工成型后通常存在一定的孔隙度，在常規(guī)的使用環(huán)境下不會對使用性能帶來過多影響，但是當應用在較為惡劣的氣候環(huán)境中時，材料內部的高孔隙度將帶來難以忽視的負面影響。例如，在氣候較為濕潤的地區(qū)，采用鎂水泥制作的裝飾類墻磚、地磚以及旅游景區(qū)內的人造景觀等設施通常會出現水分通過表面孔隙向內部滲透的現象，而當溫差變化較大時，滲透入材料內部的水分會因結冰而發(fā)生體積膨脹，久而久之，便會導致材料強度下降，嚴重的還會出現局部裂紋甚至整體破碎失效。
技術實現要素：
本發(fā)明目的是提供一種無機非金屬材料的增強方法及用于增強碳化硅陶瓷的方法，解決了現有的無機非金屬材料因孔隙度較高而導致強度性能下降的技術問題。
本發(fā)明的技術解決方案是：一種無機非金屬材料的增強方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：
1)制備聚合反應預混料，所述聚合反應預混料包括有機單體以及能夠促進單體發(fā)生聚合反應所需的助劑；
2)將聚合反應預混料填充入無機非金屬材料坯體的孔隙內；
3)調控參數條件使無機非金屬材料坯體的孔隙內填充的聚合反應預混料發(fā)生聚合反應生成有機高分子材料。
進一步地，步驟2)的實現方式是：在無機非金屬材料坯體的表面噴涂聚合反應預混料。
進一步地，步驟2)的實現方式是：先在負壓條件下除去無機非金屬材料坯體孔隙內的氣體；再將聚合反應預混料加壓浸入無機非金屬材料坯體孔隙中。
進一步地，步驟1)中所述的助劑包括引發(fā)劑、表面活性劑和催化劑。
進一步地，步驟1)中所述的助劑還包括樹脂。
進一步地，步驟1)中所述的有機單體為烯烴類(如苯乙烯)、不飽和羧酸類(如丙烯酸)和丙烯酸酯類(如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯)材料中的一種或多種的混合。
本發(fā)明還提供一種用于增強碳化硅陶瓷的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：
1)制備聚合反應預混料
將有機單體以及有機單體發(fā)生聚合反應所需的助劑混合均勻后形成聚合反應預混料；
2)碳化硅陶瓷預處理
將制作碳化硅陶瓷的生坯在保護性氣氛下進行預燒，燒制得到碳化硅陶瓷熟坯；
3)浸液
將聚合反應預混料填充浸滿碳化硅陶瓷熟坯的孔隙；
4)調控參數條件使碳化硅陶瓷熟坯的孔隙內填充的聚合反應預混料發(fā)生聚合反應生成有機高分子聚合物，把碳化硅陶瓷熟坯制成碳化硅陶瓷素坯。
5)燒制碳化硅陶瓷
將碳化硅陶瓷素坯與硅粉一起在保護性氣氛下進行高溫燒制得到碳化硅陶瓷制品。
進一步地，步驟2)中的預燒溫度高于500℃。
進一步地，步驟2)中的預燒溫度高于1700℃。
進一步地，步驟3)包括以下步驟：
3.1)將燒制的碳化硅陶瓷熟坯放置在浸液腔內，使用真空設備使浸液腔內形成負壓環(huán)境，排除浸液腔內及碳化硅陶瓷熟坯孔隙里的氣體；
3.2)向浸液腔內注入聚合反應預混料，使聚合反應預混料全部淹沒碳化硅陶瓷熟坯；
3.3)加壓使聚合反應預混料浸入并且浸滿碳化硅陶瓷熟坯的孔隙。
本發(fā)明的有益效果在于：
(1)本發(fā)明通過將小分子的單體和有關助劑組成的聚合反應預混料填充至無機非金屬材料坯體的孔隙內，在調控溫度、壓力等參數條件后，使孔隙內的聚合反應預混料發(fā)生聚合反應生成有機高分子材料，有效地降低了無機非金屬材料坯體內的孔隙度，提高了材料強度，降低了材料使用過程中出現局部裂紋甚至整體斷裂失效的風險。
(2)高分子材料本身分子量較大，因此無法填充無機非金屬材料坯體的小尺寸空隙。本發(fā)明采用了將高分子材料的小分子有機單體填充在無機非金屬材料坯體的孔隙內，然后以孔隙作為反應位點，控制條件使有機單體發(fā)生原位聚合反應生成高分子聚合物，從而起到了材料原位增強的作用。
(3)本發(fā)明利用有機高分子材料的均勻填充作用提高了無機非金屬材料表面的光潔度和美觀度。
(4)本發(fā)明利用有機高分子材料對無機非金屬材料內的游離態(tài)小分子單元產生錨固作用，防止其游離析出，因而保證了穩(wěn)定的材料性能。
具體實施方式
實施例一
本實施例為針對鎂水泥的材料增強方法：
1、配制聚合反應預混料
取重量為w的有機單體甲基丙烯酸甲酯；
取重量為1.5％w的助劑偶氮二異丁腈；
將二者混合均勻后形成聚合反應預混料。
2、浸液工序
將鎂水泥材料制成的坯體放置在噴涂腔內；
將聚合反應預混料噴涂在鎂水泥材料制成的坯體表面；靜置一段時間后，鎂水泥材料坯體通過表面孔隙將聚合反應預混料吸附入坯體內部，然后再次噴涂。如此逐層反復噴涂多次后完成浸液工序。
3、升溫制成產品
將浸好聚合反應預混料液的鎂水泥材料坯體放置入成型腔內；
向成型腔內注入保護氣體排出氧氣；
將成型腔內的溫度緩慢升溫到85℃至95℃之間，并保溫2小時；使鎂水泥材料坯體內吸附的甲基丙烯酸甲酯完全發(fā)生本體聚合反應，生成聚甲基丙烯酸甲酯。
將溫度降至常溫，取出制品，再進行表面處理后完成制作。
采用該方法制得的制品，可以避免因材料吸水和環(huán)境溫差變化而導致的材料碎裂，因而有效提高了鎂水泥材料制品的強度和使用壽命。另外聚甲基丙烯酸甲酯的滲入可以提高鎂水泥材料制品的表面光潔度，提高了其作為裝飾景觀類材料的美觀性。
實施例二
本實施例為針對碳化硅陶瓷的材料增強方法：
1、配制聚合反應預混料
取重量為q的單體苯乙烯和重量為w的單體甲基丙烯酸甲酯；
取苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯二者之和重量的1％～2％的助劑偶氮二異丁腈；
將三者混合均勻后形成聚合反應預混料。
2、碳化硅陶瓷預處理
將制作碳化硅陶瓷的生坯放置入燒結爐內，在保護氣體的保護下將燒結爐內升溫至500℃以上預燒，使生坯里的有機物全部碳化，燒制成碳化硅陶瓷熟坯。
3、浸液工序
將燒制的碳化硅陶瓷熟坯放置在浸液腔內；使用真空設備使浸液腔內形成負壓環(huán)境，排除浸液腔內及碳化硅陶瓷熟坯孔隙里的氣體；
關閉真空設備連接閥門，打開聚合反應預混料注入閥門，注入聚合反應預混料，使聚合反應預混料全部淹沒碳化硅陶瓷熟坯，關閉聚合反應預混料注入閥門，加壓使聚合反應預混料浸入并且浸滿碳化硅陶瓷熟坯的孔隙。
4、升溫制成待燒素坯
將浸好聚合反應預混料液的碳化硅陶瓷熟坯放置到素坯腔內；
將保護氣體注入素坯腔內排出氧氣；
將素坯腔內的溫度緩慢升溫到85℃至95℃之間，并保溫2小時；使碳化硅陶瓷熟坯內吸附的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯完全發(fā)生共聚反應生成甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，把碳化硅陶瓷熟坯制成碳化硅陶瓷素坯。
5、燒制碳化硅陶瓷
將碳化硅陶瓷素坯放置入燒結爐內，同時放入的還有工業(yè)硅粉，在保護氣體的保護下將燒結爐內升溫至1700℃以上，將碳化硅陶瓷素坯燒制成碳化硅陶瓷制品。
本實施例在最后將碳化硅陶瓷素坯燒制成碳化硅陶瓷制品的升溫過程中，首先將甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物碳化，同時排出分解出的氣體。此時，原先由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物充填滿的碳化硅陶瓷素坯上的每一個孔隙都將有一部分重新被打開，當燒結爐內升溫至1450℃以上時，燒結爐內的工業(yè)硅粉熔化，隨著溫度的升高，熔化的硅液逐步浸入進碳化硅陶瓷素坯上重新打開的孔隙里，并與孔隙里的碳反應生成碳化硅。因此極大地降低了游離硅的比例，提高了產品的性能，延長了制品的使用壽命。
實施例三
本實施例為針對碳化硅陶瓷的另一種材料增強方法：
1、配制聚合反應預混料
取重量為t的單體苯乙烯；
取苯乙烯重量的1％～2％的助劑偶氮二異丁腈；
將二者混合均勻后形成聚合反應預混料。
2、碳化硅陶瓷預處理
將制作碳化硅陶瓷的生坯放置入燒結爐內，在保護氣體的保護下將燒結爐內升溫至1700℃以上預燒，燒制成帶有孔隙的碳化硅陶瓷熟坯。
3、浸液工序
將燒制的碳化硅陶瓷熟坯放置在浸液腔內；使用真空設備使浸液腔內形成負壓環(huán)境，排除浸液腔內及碳化硅陶瓷熟坯孔隙里的氣體；
關閉真空設備連接閥門，打開聚合反應預混料注入閥門，注入聚合反應預混料，使聚合反應預混料全部淹沒碳化硅陶瓷熟坯，關閉聚合反應預混料注入閥門，加壓使聚合反應預混料浸入并且浸滿碳化硅陶瓷熟坯的孔隙。
4、升溫制成待燒素坯
將浸好聚合反應預混料液的碳化硅陶瓷熟坯放置到素坯腔內；
將保護氣體注入素坯腔內排出氧氣；
將素坯腔內的溫度緩慢升溫到85℃至95℃之間，并保溫2小時；使碳化硅陶瓷熟坯內吸附的苯乙烯完全發(fā)生本體聚合反應，把碳化硅陶瓷熟坯制成碳化硅陶瓷素坯。
5、燒制碳化硅陶瓷
將碳化硅陶瓷素坯放置入燒結爐內，同時放入的還有工業(yè)硅粉，在保護氣體的保護下將燒結爐內升溫至1700℃以上，將碳化硅陶瓷素坯燒制成碳化硅陶瓷制品。
本實施例在碳化硅陶瓷預處理時直接升溫到1700℃，增加了碳化硅陶瓷內原有的有機物殘?zhí)寂c碳化硅顆粒之間的反應機會，增強了性能。再滲入有機單體，二次燒結后得到的碳化硅陶瓷性能極優(yōu)，同時將游離硅的含量降低至5％甚至3％以下。