TiC-ZrO2复合粉体及复合纤维的制备方法转让专利
申请号 : CN202010729293.2
文献号 : CN112028640B
文献日 : 2021-12-07
发明人 : 余磊 , 纪网金 , 宋云 , 张世文 , 刘辉 , 王哲飞 , 刘泉 , 韦波 , 王旭红
申请人 : 常熟理工学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种 TiC‑ZrO2 复合粉体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1、按摩尔比为
1︰1︰6.4‑9.6称取钛酸四丁酯、正丁醇锆和乙酰丙酮,进行油浴加热至 85‑105℃均匀混合
48‑72 小时,然后缓慢滴加去离子水继续油浴加热至 100‑120℃,继续搅拌 5‑8 小时,制得透明稳定的聚钛‑锆氧烷前驱体溶液;2、将前驱体溶液进行预处理后在保护气氛下进行高温热处理,制备得到 TiC‑ZrO2 复合粉体。
2.根据权利要求1所述的TiC‑ZrO2复合粉体的制备方法,其特征在于,所述钛酸四丁酯和所述正丁醇锆的摩尔量之和与所述去离子水的摩尔比为1︰5.6‑8。
3.根据权利要求1所述的TiC‑ZrO2复合粉体的制备方法,其特征在于,所述前驱体溶液进行预处理是在空气气氛下将前驱体溶液加热至150℃‑250℃,保温4‑8小时,所述高温热处理时是在惰性气氛下以5℃/min速率升温至800‑820℃,保温2‑4小时,然后以3℃/min速率升温至1200‑1400℃保温1‑2小时。
4.一种TiC‑ZrO2复合纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1、按摩尔比为 1︰1︰
6.4‑9.6称取钛酸四丁酯、正丁醇锆和乙酰丙酮,进行油浴加热至85‑105℃均匀混合48‑72小时,然后缓慢滴加去离子水继续油浴加热至100‑120℃,继续搅拌5‑8小时,制得透明稳定的聚钛‑锆氧烷前驱体溶液;2、以前驱体溶液为溶剂,添加PVP为纺丝助剂,加热搅拌得到透明的纺丝溶液后进行静电纺丝制得前驱体纤维;3、将前驱体纤维进行预处理后在保护气氛下进行高温热处理制备得到TiC‑ZrO2复合纤维。
5.根据权利要求4所述的TiC‑ZrO2复合纤维的制备方法,其特征在于,所述钛酸四丁酯和所述正丁醇锆的摩尔量之和与所述去离子水的摩尔比为1︰5.6‑8。
6.根据权利要求4所述的TiC‑ZrO2复合纤维的制备方法,其特征在于,所述前驱体纤维进行预处理是在空气气氛下将前驱体纤维加热至150℃‑250℃,保温10‑12小时,所述高温热处理时是在惰性气氛下以5℃/min速率升温至800‑820℃,保温2‑4小时,然后以3℃/min速率升温至1200‑1400℃保温1‑2小时。
7.根据权利要求4所述的TiC‑ZrO2复合纤维的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝时的电压为12.0‑13.0 kV,纺丝针头与接收铝箔板的距离为20‑30cm,纺丝液推进速度为0.3‑
0.5 ml/h。
说明书 :
TiC‑ZrO2复合粉体及复合纤维的制备方法
技术领域
背景技术
高C/SiC复合材料的在高温下抗氧化烧蚀能力。在碳化物陶瓷中SiC和HfC近些年被广泛研
究,但是在超高温条件下,它们并不能满足要求,SiC会被迅速地氧化蒸发,而 HfC则会形成
多孔的HfO2,所以它们都不是合适的涂层材料。TiC粉体作为一种典型的难熔金属碳化物
(熔点3140℃),硬度高、耐磨性强、热振性能良好,导电率良好的特点,其在超高温(>2000
℃)工作环境下,很容易被氧化熔融成TiO2,熔融的TiO2可以填充裂缝和孔隙,保护C/SiC复
合材料进一步烧蚀氧化,所以TiC可以作为良好的涂层材料,但是随时间增长熔融层厚度迅
速增长并且剥落,成为制约TiC作为涂层用在抗高温烧蚀环境下。ZrO2作为高熔点氧化物被
添加到TiC中,可以显著改善TiC涂层的抗烧蚀能力。
合不均匀,且制备得到的产物颗粒与原料有关,想要制备得到纳米级的产物,所选的原料也
必须为纳米级,并且该方法的制备温度要求较高,增加了成本,影响材料的使用性能和推广
应用。
发明内容
级原料的问题,解决成品材料均匀性依赖原料粉末混合搅拌的充分程度的问题。
续油浴加热搅拌,制得透明稳定的聚钛‑锆氧烷前驱体溶液;2、将前驱体溶液进行预处理后
在保护气氛下进行高温热处理,制备得到TiC‑ZrO2复合粉体。
离子水继续油浴加热搅拌,制得透明稳定的聚钛‑锆氧烷前驱体溶液;2、以前驱体溶液为溶
剂,添加PVP为纺丝助剂,加热搅拌得到透明的纺丝溶液后进行静电纺丝制得前驱体纤维;
3、将前驱体纤维进行预处理后在保护气氛下进行高温热处理制备得到 TiC‑ZrO2复合纤
维。
可以复合形成聚钛‑锆氧烷溶液,使得前驱体中锆、钛等元素达到分子级别的接触且分布均
匀,因此可以制备出粒径大小为500‑700nm左右的TiC‑ZrO2粉体和直径为1μm 左右的TiC‑
ZrO2纤维,且制备得到的TiC‑ZrO2复合材料的组分更为均匀,且制备得到的TiC‑ZrO2复合
材料的组分更为均匀。
附图说明
具体实施方式
升高温度至100℃下油浴加热5小时,水解缩聚制备得到均一稳定透明的液态前驱体。将前
驱体在150℃下空气气氛中固化8小时,然后在Ar气氛下,800℃下保温 2小时,之升温至
1200℃保温2小时,制备得到TiC‑ZrO2复合粉体材料。制得的TiC‑ZrO2复合粉体的XRD和SEM
图如图1和图2所示。
高温度至110℃下油浴加热6小时,水解缩聚制备得到稳定的均一稳定透明的液态前驱体。
将前驱体在200℃下空气气氛中固化6小时,然后在Ar气氛下,800℃下保温3小时,之后在
1300℃保温1小时,制备得到TiC‑ZrO2复合粉体材料。制得的TiC‑ZrO2复合粉体的SEM和
Mapping图如图3和图4所示。
升高温度至120℃下油浴加热8小时,水解缩聚制备得到稳定的均一稳定透明的液态前驱
体。将前驱体在250℃下空气气氛中固化4小时,然后在Ar气氛下,800℃下保温4小时,之后
在1400℃下保温1小时,制备得到TiC‑ZrO2复合粉体材料。制得的TiC‑ZrO2复合粉体的SEM和
Mapping图如图5和图6所示。
升高温度至100℃下油浴加热5小时,水解缩聚制备得到稳定的均一稳定透明的液态前驱
体。按质量比称取适量的聚钛‑锆氧烷溶液和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(20wt.%)。在80℃下搅
拌6小时后冷却至常温继续搅拌4小时形成均一稳定透明的纺丝液,将制备的纺丝液倒入针
筒中,放置在推进器上,推进速度为0.3毫升/小时,接收器为铝箔板,电压为12.0千伏,接收
板的距离为30厘米。将纺丝制备得到的纤维前驱体,在150℃下预处理12小时,然后在Ar气
氛下,800℃下保温2小时,之后在1200℃下保温2小时,制备得到TiC‑ZrO2复合纤维材料。制
得的TiC‑ZrO2复合纤维的SEM和Mapping 图如图7和图8所示。
高温度至110℃下油浴加热6小时,水解缩聚制备得到稳定的均一稳定透明的液态前驱体。
按质量比称取适量的聚钛‑锆氧烷溶液和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(15wt.%)。在70℃下搅拌5
小时后冷却至常温继续搅拌5小时形成均一稳定透明的纺丝液,将制备的纺丝液倒入针筒
中,放置在推进器上,推进速度为0.4毫升/小时,接收器为铝箔板,电压为12.5千伏,接收板
的距离为25厘米。将纺丝制备得到的纤维前驱体,在200℃下预处理10小时,然后在Ar气氛
下,800℃下保温3小时,之后在1300℃下保温1小时,制备得到TiC‑ZrO2复合纤维材料。制得
的TiC‑ZrO2复合纤维的SEM和Mapping 图如图9和图10所示。
升高温度至120℃下油浴加热8小时,水解缩聚制备得到稳定的均一稳定透明的液态前驱
体。按质量比称取适量的聚钛‑锆氧烷溶液和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(10wt.%)。在60℃下搅
拌4小时后冷却至常温继续搅拌6小时形成均一稳定透明的纺丝液,将制备的纺丝液倒入针
筒中,放置在推进器上,推进速度为0.5毫升/小时,接收器为铝箔板,电压为13.0千伏,接收
板的距离为20厘米。将纺丝制备得到的纤维前驱体,在250℃下预处理8小时,然后在Ar气氛
下,800℃下保温4小时,之后在1400℃下保温1小时,制备得到TiC‑ZrO2复合纤维材料。制得
的TiC‑ZrO2复合纤维的XRD和SEM图如图11和图12所示。