氧化铝陶瓷基复合材料(CMC),作为耐高温新型复合材料,具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等特点,在火箭尾部喷管、发动机叶片、刹车片等领域得到应用。
CMC主要制作方法有化学气相渗透法、先驱体浸渍裂解法、纳米浸渍法、液相或气相渗硅法等。氧化铝陶CMC制备方法主要集中在前三种。化学气相渗透需要有好的可气化的铝源,目前可操作性不多。先驱体浸渍裂解主要使用铝溶胶为前驱体,纳米浸渍法主要使用纳米氧化铝为铝源。今天主要说一说如何选择铝溶胶和纳米氧化铝。
浸渍法选择原料往往会从以下个方面考虑,1粘合力好,干燥后有效将纤维件粘合2粘度小,有较高的浸渍效率 3陶瓷产率高,尽可能高温处理后又更多的残留,减少浸渍次数 4高烧结活性,希望在更低的温度下烧结出密度更高的陶瓷,降低纤维损伤。
选择铝溶胶:铝溶胶即是有效的粘合剂也是氧化铝前驱体,目前制备的铝溶胶固含量保持20-50%,陶瓷产率13-40%,50%固含量时,其粘度相对较大,而氧化铝CMC浸渍前驱体要求低于10cp,所以为了更低粘度,选择低固含量,这意味着更多的浸渍次数以及不能被填补的孔洞。同时有一个隐性风险,铝溶胶烧结后收缩率很大,可能会导致纤维结构被挤压变形。
那么如何来解决上述问题呢,结合高浓度、低粘度、高烧结活性纳米氧化铝。
好的纳米氧化铝粒径可以做到100-200nm,阿尔法相,60%固含量,粘度保持10cp以下,同时可以在1200℃,烧结后密度达到3.8g/cm3以上,而且线收缩率可以控制在17%以下,远低于铝溶胶的收缩率。
所以将铝溶胶与纳米氧化铝相结合,低固含量铝溶胶作为粘合剂,纳米氧化铝填充,可以有效减少浸渍次数(3-6),同时其密度比单一铝溶胶更高,孔洞更少,强度更高,有效减少纤维损伤。
顺便说一句,氧化铝CMC要求高介电常数及低介电损耗,所以使用的铝溶胶和氧化铝需要更低的杂质,尤其是Na、K、Ca、Fe等金属杂质。
苏州柔陶新材是国内为数不多的同时生产高纯度铝溶胶(4N)、高纯度纳米氧化铝水性浆料(4N),铝溶胶粒径10-100nm多种规格,固含量20-30%,粘度小于5cp;纳米氧化铝水性浆料,固含量最高达60%,粘度10cp以下,1200℃烧结密度高于3.8g/cm3,1300℃高于3.9g/cm3,纯氧化铝陶瓷强度高于700MPa。
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