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陶瓷基复合材料溶胶–凝胶成型

/preparation of ceramic matrix composites by sol-gel processing/
最后更新 2022-01-20
浏览 160
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将易于水解的无机或金属化合物相继形成溶液、溶胶、凝胶,再经干燥和热处理制成陶瓷基复合材料的技术。

英文名称
preparation of ceramic matrix composites by sol-gel processing
所属学科
材料科学与工程

溶胶-凝胶过程按所用原料先驱体可分两个途径:①将无机化合物根据胶体化学中化学凝聚法原理制备出溶胶。常利用化学反应物在适宜反应条件(浓度、温度、pH值、溶剂、电解质、稳定剂等)下生成不溶物,并使它由分子分散状态逐步凝聚成含有分散介质而固化的三维空间网络结构,即所谓凝胶;然后经净化除去不必要的杂质离子,再通过干燥、热处理制成陶瓷。②用金属醇盐作原料先驱体,加醇形成溶液,同时在酸或碱催化下进行水解与缩聚,使溶液变成溶胶,并逐渐缩聚过渡到凝胶,再经干燥与热处理而制成陶瓷(见图)。此法与前法相比可免去净化过程,能在低温下合成出材料。改变条件易制成纤维或薄膜。其材质的纯度和均匀性均比通常方法高。

醇盐溶胶-凝胶法醇盐溶胶-凝胶法

利用溶胶-凝胶过程制备颗粒、晶须或短纤维增强陶瓷基复合材料,根据第二相引入方式有以下方法:①将颗粒、晶须或短纤维分散在基质化合物形成的溶胶中来制备。如果混入炭黑等含碳化合物于溶胶中,可制备非氧化物陶瓷。②将不同的原料先驱体混合制成溶液,相继形成溶胶、凝胶,然后再经干燥和热处理制成陶瓷基复合材料;或者将各原料先驱体分别制成溶胶,然后通过剧烈混合形成凝胶,再经干燥和热处理可以制出纳米复相陶瓷材料。③将金属醇盐制成凝胶,经脱水后形成多孔的干凝胶,然后将第二相溶液渗透入干凝胶的孔内,控制浓度使其在孔隙内析出晶体,可以得到不同种类的复合材料。

溶胶-凝胶法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料时常采用溶胶-凝胶真空浸渗工艺,具体步骤是:①纤维预制体真空浸渍目标基质化合物形成的溶胶。②通过物理或化学的方法使溶胶转变成凝胶。③热处理凝胶形成陶瓷基体,得到纤维增强陶瓷基复合材料。

陶瓷基复合材料溶胶-凝胶成型的最大优点是制备温度低、基体组分均匀性好,且反应过程易于控制,凝胶微观结构可调控,产物纯度高,在薄膜制备方面具有独特的优越性。但在干燥和热处理过程中,基体的收缩易导致微裂纹甚至基体开裂,而且热处理不完善时,制品中会残留细孔及氧、氢或碳等元素,不利于批量生产。

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