[发明专利]碳纤维金云母微晶玻璃复相材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微晶玻璃复合材料领域，特别涉及一种碳纤维金云母微晶玻璃复相材料及其制备方法。

背景技术

金云母微晶玻璃具有可切削性好等优点，但由于其脆性较大，韧性较低，因此限制了其应用范围。碳纤维是一种是含碳量在95％以上的高强度、高模量的新型纤维材料。碳纤维密度小于金属铝，但力学强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。碳纤维可以作微晶玻璃的增韧材料与微晶玻璃复合以增强其韧性。

微晶玻璃一般采用烧结法或熔融法进行制备，其中熔融法制备的金云母微晶玻璃体积密度相对较高，气孔率较低，但若要采用熔融法将碳纤维与微晶玻璃复合起来，则首先要解决碳纤维在高温下易被氧化的问题；其次要解决碳纤维在熔体中均匀分布的问题。

在目前的现有技术中尚无采用熔融法将碳纤维与金云母微晶玻璃复合起来进行碳纤维金云母微晶玻璃复相材料的制备。

发明内容

对于现有技术中存在的上述问题，发明人经过大量的创造性工作发现在熔融段末期将碳纤维以氮气流喷入熔池内部同时充分搅拌可以取得较好的碳纤维分散均化效果，同时喷入的氮气可以制造非氧化性环境防止碳纤维在高温下氧化，并加速熔池内微小气泡的长大上浮排出。发明人还发现由于碳纤维的热膨胀系数与基体玻璃基本一致，因此可避免复合材料在热处理过程中由于热应力较大而产生结构裂纹。

根据上述研究工作，发明人提出了如下所述的碳纤维金云母微晶玻璃复相材料及其制备方法。

一种碳纤维金云母微晶玻璃复相材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤1，将K₂CO₃粉末、MgO粉末、SiO₂粉末、Al₂O₃粉末以及助熔剂、晶核剂、调整剂混合为均匀混合物；

步骤2，将所述混合物熔融加热；

步骤3，在熔融过程的末期通过氮气将碳纤维喷入熔融池内并充分搅拌为均匀的熔融混合物；

步骤4，将熔融混合物浇注到经过预热的模具中；

步骤5，将浇注到模具中的熔融混合物退火；

步骤6，将退火得到的含有碳纤维的基础玻璃核化并晶化。

进一步地，步骤1中各组分的重量份分别为：6-10重量份的K₂CO₃、14-20重量份的MgO、42-55重量份的SiO₂、10-16重量份的Al₂O₃，3-6重量份的B₂O₃、分别为1-3重量份的Cr₂O₃和TiO₂、分别为2-4重量份的CaO和BaO以及9-18重量份的碳纤维。

进一步地，步骤1中各组分的粉末粒径小于200目。

进一步地，碳纤维为粉末状。

进一步地，助熔剂为B₂O₃。

进一步地，晶核剂为Cr₂O₃和TiO₂。

进一步地，调整剂为CaO和BaO，调整剂用于调整微晶玻璃热膨胀系数。

进一步地，步骤2中的熔融加热在1400-1580℃的温度下进行。

进一步地，步骤2中的熔融加热时间为2-4小时。

进一步地，步骤4中模具的预热在450-650℃的温度下进行。

进一步地，步骤5中退火时间为2-4小时。

进一步地，步骤6中的核化在550-730℃的温度下进行并核化2-3小时。

进一步地，步骤6中的晶化在730-930℃的温度下进行并晶化2-4小时。

通过上述方法，有效地实现了碳纤维金云母微晶玻璃复相材料的高效制备。

本发明还提供了一种由上述方法制备的碳纤维金云母微晶玻璃复相材料，其包含以下组分：K₂CO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、CaO、BaO以及碳纤维。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点在与附图结合对实施例进行的描述中将更加明显并容易理解，其中：