[发明专利]一种大尺寸低膨胀玻璃基复合材料及其注浆成型方法

说明书

本发明涉及复合材料制备方法，具体涉及一种大尺寸低膨胀玻璃基复合材料及其注浆成型方法。解决了现有大尺寸复合材料冷等静压成型导致复合材料孔隙多、密度不均等技术问题。本发明的注浆成型方法包括以下步骤：1)浆料制备；2)注浆成型；3)将脱模后的坯体干燥；4)将干燥后的坯体在780℃～850℃进行无压烧结，得到大尺寸低膨胀玻璃基复合材料。本发明的注浆成型方法以高硼硅玻璃为基质，以短纤维为增韧材料，通过注浆成型法成型和简单的空气无压烧结法制得，成型工艺和烧结工艺简单、坯体致密、生产成本低。本发明的注浆成型方法所得的复合材料具有密度小、膨胀系数低、机械强度高等特点，是未来航空航天、汽车工业等领域中重要的结构材料。

技术领域

本发明涉及复合材料制备方法，具体涉及一种大尺寸低膨胀玻璃基复合材料及其注浆成型方法。

背景技术

航天航空、汽车工业、精密仪器等都需要轻质低膨胀的结构材料，获得大尺寸、轻质、低膨胀、高强度的复合材料是实现轻质低膨胀结构材料工业化应用的关键。复合材料的膨胀系数与成分有很大关系，通过在复合材料中引入负膨胀系数的材料可以达到降低复合材料膨胀系数的目的。而复合材料强度除了与组分的强度、比例有关外，还与复合材料的孔隙率有很大关系，而决定复合材料孔隙率的关键因素是成型技术和烧结技术，这就对复合材料初期的成型提出了更高的要求。

目前，常见的陶瓷材料成型主要是冷等静压法，但对于流动性较差或多元混合材料而言，该方法容易导致坯体中孔隙较多，使得复合材料力学性能降低。此外，对于大尺寸部件，冷等静压压制的坯体还容易出现“象足”或内外密度差问题。因此，如何获得均匀、致密的复合材料生坯是获得高性能大尺寸复合材料的关键。

发明内容

本发明的目的是解决现有大尺寸复合材料冷等静压成型导致复合材料孔隙多、密度不均等技术问题，而提供一种大尺寸低膨胀玻璃基复合材料及其注浆成型方法，本发明注浆成型方法适用于航空航天、汽车行业、精密仪器等领域的结构材料，可解决该类复合材料孔隙多、密度不均等影响复合材料力学性能的问题。

本发明的构思是：以高硼硅玻璃粉为基质，以具有负膨胀系数的β-锂霞石粉作为膨胀系数调节的组分，以莫来石纤维作为增强相，将复合材料制备成具有一定固相含量的均匀稳定浆料，再通过模具注浆成型，静置脱模后获得均匀的坯体，坯体经过干燥和无压空气烧结，最终形成致密度较高的大尺寸、低膨胀、高机械强度的纤维增韧玻璃基三元复合材料。

本发明的技术解决方案是：

一种大尺寸低膨胀玻璃基复合材料注浆成型方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)浆料制备

1.1)分别称取原料总量50％～60％质量比的高硼硅玻璃粉、原料总量27％～33％质量比的β-锂霞石和原料总量10％～18％质量比的莫来石纤维；

1.2)将高硼硅玻璃粉、β-锂霞石加入到球磨罐中，加入占原料总量51.8％～93.8％质量比的高纯水，再加入占原料总量0.1％～0.5％质量比的分散剂溶液，按球料比2：1加入直径为3～5mm的氧化锆球，球磨混合均匀，再加入莫来石纤维，继续球磨混合得到均匀浆料；

1.3)将均匀浆料在搅拌条件下调节pH值为8～11，再将浆料过80～115目筛，得到均匀稳定的三元复合物浆料；

1.4)将三元复合物浆料中的气泡去除；

2)注浆成型

将气泡去除的三元复合物浆料倾斜缓慢倒入预先制备好的干燥模具中，静置固化1～2h，进行脱模得到坯体；

3)将脱模后的坯体干燥；

4)将干燥后的坯体在780℃～850℃进行无压烧结，得到大尺寸低膨胀玻璃基复合材料。