[发明专利]石英纤维增强石英基复合材料表面无机复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于特种、功能陶瓷技术领域，涉及一种石英纤维增强石英基复合材料表面无机复合涂层的制备方法。

背景技术

航空航天技术的不断发展对透波材料的性能也提出了越来越高的要求，单一组分的陶瓷材料因其本身固有的缺点(如韧性低、脆性大等)已经无法满足使用条件，因此无机纤维织物复合材料的研究已经成为一种必然的趋势。目前作为增强织物的纤维主要有石英纤维、氧化铝纤维和氮化硼纤维等，它们的复合材料依次在头锥、防热层、天线窗、天线罩等多项航空、航天工程部件中得到广泛使用。

石英纤维增强石英基复合材料克服了单质陶瓷的脆性，具有较高的韧性，在航天航空领域有着广泛的应用前景。但制品气孔率较高、不致密、表面硬度较低，在使用过程中承受雨蚀和气流的冲刷能力较差，从而造成表面侵蚀，使表面变得粗糙损坏。同时在长期保存过程中制品会吸潮，造成透波性能变坏。因此，表面必须涂覆一层高致密、不吸水的无机涂层才能保证复合材料有较高的实用性能。

同时，由于石英纤维复合材料中的石英纤维在大于700℃下处理时，其强度将大幅度下降，致使石英纤维起不到增强的效果，因此研制的无机复合涂层材料应具备以下条件：①低于650℃下能形成不吸水的致密涂层；②由于石英纤维增强石英基复合材料膨胀系数极低，表面平滑度较差，所以必须有相匹配的各项物理化学性能；③表面高致密且吸水率为零。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石英纤维增强石英基复合材料表面无机复合涂层的制备方法，其热处理温度低于650℃，且能形成不吸水的致密涂层；获得的无机复合涂层材料防潮性能好，不仅与基体有良好的物理化学匹配性，而且与基体有较高的结合强度，可改善材料的介电性能。

本发明石英纤维增强石英基复合材料表面无机复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)表面处理：对石英纤维增强石英基复合材料的表面进行处理；

(2)涂层料浆制备：将底层材料、面层材料分别与有机粘结剂和去离子水配制成底层料浆和面层料浆；

(3)喷涂：将底层料浆和面层料浆依次喷涂在石英纤维增强石英基复合材料表面后进行干燥处理；

(4)热处理：将干燥后的表面在500～650℃下进行热处理；

(5)涂覆固化修饰材料：在热处理后的涂层表面涂覆修饰材料，经130～260℃烘烤固化后制得无机复合涂层。

所述的有机粘结剂为甲基纤维素水溶液或聚乙烯醇水溶液，溶液浓度为0.15～1.5％。

所述的底层材料由下列组成的配料经混合均匀后在1000～1200℃熔制、水淬后干燥、粉碎制得，配料质量百分组成为：碳酸锂8～37％、硼酸9～54％、氢氧化铝11～24％、石英17～30％、氧化钛0.1～0.7％、氧化锆0.1～1％、氧化锡0.1～7％、氧化镧0.1～4％、磷酸氢钙0.3～10％和氟化镁0.1～5％。

所述的底层料浆的配料组成为：底层材料质量∶有机粘结剂体积∶去离子水体积的比例为10∶7～10∶3～7。

所述的面层材料由下列组成的配料经混合均匀后在850～1100℃熔制、水淬后干燥、粉碎制得，配料质量百分组成为：碳酸锂6～40％、氢氧化铝10～37％、石英7～35％、硼酸13～68％、氧化镁0.2～5％、氧化钛0.2～3％和氧化锌0.3～10％。

所述的面层料浆的配料组成为：面层材料质量∶有机粘结剂体积∶去离子水体积的比例为10∶4～9∶3～8。

所述的修饰材料是将质量百分组成为无机硅树脂40～80％和固化剂20～60％的配料混合，搅拌3～20小时，至无色透明得到。

上述配方中使用的原料规格如下：

碳酸锂重量含量≥99.0％；硼酸的重量含量≥99.5％；氢氧化铝为分析纯试剂；氧化镁为轻质，其重量含量≥98.5％；氧化锆重量含量≥99.0％；氧化锌重量含量≥99.5％；氟化镁重量含量≥99.0％；氧化锡重量含量≥99.0％；氧化镧重量含量≥99.0％；磷酸氢钙重量含量≥99.0％；石英为无定形态，二氧化硅重量含量≥99.98％；氧化钛，化学纯，重量含量≥98％。

本发明制备过程中，采用的表面处理、喷涂、干燥、热处理、固化、熔制和水淬等步骤，均为本领域公知技术。

本发明是利用碳酸锂、氢氧化铝和二氧化硅三者在高温煅烧下发生固相反应，通过控制三者间的比例制备低膨胀陶瓷材料；同时引入硼酸盐或磷酸盐等制备低温助熔剂以降低材料整体的熔融温度，从而制得低温下所需的涂层；最后利用无机硅树脂的固化水解反应在过渡层表面形成一层更致密的保护层，达到修饰及双层保护的效果。