专利名称：麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料的制备方法目前，公知的具有遗态结构的氧化物、碳化物、氮化物陶瓷复合材料的技术有1) 材料导报[J]，2006 (10) 57刊登的《遗态材料的研究理念和研究进展》；2)化学进展[J]， 2008，20 (6) =989-1000刊登的《生物模板法制备木材陶瓷》；3)宁夏工程技术[J]，2006,6 130-134中刊登的《以木材为模板制备TiN/C多孔陶瓷》；4)昆明理工大学硕士学位论文， 2006,19:1-88《烟杆基木质陶瓷的制备及表征》；5)专利《生态陶瓷、金属复合材料的制备 方法》(专利号ZL02137503. 8，公开号CN1403620,公开日2009. 10. 28)。7)专利 《麻纤维遗态结构氧化锡或氧化铝复合材料的制备方法》(专利号ZL200810231644. 6，公开 号 CN101381098,公开日2009. 03. 11)。以上公开的技术主要以木、竹、秸秆、麻、烟杆、生物矿物等天然生物材料为生物模 板，通过改性处理的方式，向生物模板中浸渍前驱体有机硅聚合物、金属醇盐或其溶胶、金 属无机盐或在高温下液相、气相渗硅制备遗态结构氧化物、碳化物、氮化物陶瓷复合材料， 没有从人为改善或重构生物模板结构的角度，构造即具有“可设计性”结构的生物模板材 料，制备出满足人们不同结构性能需求的遗态陶瓷复合材料。而麻纤维织物以其良好的可 设计性、高的有序度、稳定的尺寸、易于成型及麻纤维生物自身的强度高、吸湿性好、导热性 强等优点还没有被用作制备遗态结构陶瓷复合材料的生物模板。因此，研究和开发具有“可 设计性”的麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料，不仅使所制备的遗态材料，在结构上遗传了 麻纤维织物人为制造的排布方式和排布结构及麻纤维生物自身的多层次、多维的本征精细 结构，改善了遗态结构陶瓷复合材料的组织均勻性和一致性，而且又赋予了其新的功能。使 其具有质轻、消振、吸音、耐高温、抗氧化、减摩耐磨、传感和电磁屏蔽性好的特点，从而扩展 其应用领域。
本发明的目的在于提供一种麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料的制备方法，解决 了现有的制备方法无法从人为改善或重构生物模板结构的角度，构造具有“可设计性”结构 的生物模板材料，制备出满足人们不同结构性能需求的遗态陶瓷复合材料的问题。本发明所采用的技术方案是，一种麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料的制备方 法，具体按照以下步骤实施步骤1 制备麻纤维织物结构模板，或制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板，1)制备麻纤维织物结构模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物模板，或制备交 替织物组织结构麻纤维织物模板，制备织物组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取麻纤维织物，自然 浸渍热固性树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成2-20层布块，热压成型后固化，得到 织物组织结构麻纤维织物模板；制备交替织物组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取两种或两种 以上组织结构的同一种麻纤维织物，自然浸渍热固性树脂后，采用交替叠层方式将麻纤维 织物叠成2-20层布块，热压成型后固化，得到交替织物组织结构麻纤维织物模板；2)制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板，具体按照以下步骤实施a.麻纤维织物浸渍处理取麻纤维织物，浸渍前驱体溶液或前驱体溶胶，温度在20_8(TC，后经干燥浸渍处 理，形成麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体；b.制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物/ 前驱体复合模板，或制备交替组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板，制备织物组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板，具体按照以下步骤实施将步 骤a中制备的麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体自然浸渍热固性树脂后，采用叠层方式将 麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体叠成2-10层布块，热压成型后固化，得到织物组织结构 麻纤维织物/前驱体复合模板；制备交替组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板，具体按照以下步骤实施将步 骤a中制备的两种或两种以上组织结构的同一种麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体，自然 浸渍热固性树脂后，采用交替叠层方式将麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体叠成2-20层布 块，热压成型后固化，得到交替组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板；步骤2 将步骤1制备的麻纤维织物结构模板置于真空热压炉中，在真空或惰性气 体保护气氛下，以3-20°C /min的升温速率升温至500_1800°C，保温l_10h，随炉冷却或温控 冷却，制备得到遗态碳模板；或，将步骤1制备的麻纤维织物结构/前驱体复合模板置于真空热压炉中，在真空 或惰性气体保护气氛下，以3-20°C /min的升温速率升温至500_1800°C，保温l_10h，随炉冷 却或温控冷却，制备得到遗态陶瓷复合材料；步骤3 将步骤2制备的遗态碳模板在真空或在惰性气体保护下液相渗硅或气相 渗硅，得到麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料；或，将步骤2制备的遗态陶瓷复合材料重复浸渍前驱体溶液或前驱体溶胶后，置 于真空热压炉中，以3-20°C /min的速率升温至600-2000°C，保温l_10h，经真空碳热还原反 应，得到麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料。本发明的特征还在于，其中的前驱体溶液选用有机硅聚合物溶液、金属醇盐溶液或金属无机盐溶液中的一种。其中的前驱体溶胶选用有机硅聚合物溶胶、金属醇盐溶胶或金属无机盐溶胶中的一种。其中的麻纤维织物选用苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维中的一种。其中的热固性树脂选用酚醛树脂、环氧树脂或呋喃树脂中的一种。其中的步骤1中热压成型后固化，热压温度100-150°C，压强0. 5MPa-10MPa，时间0. 5-5h其中的制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板步骤a中浸渍前驱体溶液或前驱体 溶胶，采用溶胶凝胶法、自然浸渍法、正负压浸渍法或超声浸渍法中的一种。其中的步骤3中液相渗硅或气相渗硅是在真空度为IX lO^Pa,温度为 1400-1600°C的条件下进行。其中的步骤3中真空碳热还原反应，是在真空度为lXlC^Pa的条件下进行。其中的步骤3中真空碳热还原反应，是在惰性气体保护气氛下，压强为 0. 03-0. 06MPa的条件下进行。本发明方法的有益效果是，(1)采用麻纤维织物为生物模板，制备的遗态，不仅遗传了生物自身多层次、多维 的本征精细结构，而且遗传了麻纤维织物人为制造的网格交叉结构，从而赋予了遗态结构 陶瓷复合材料新的结构特性。(2)运用溶胶凝胶法、有机硅聚合物前驱体法、液相或气相反应渗入法，向生物模 板中浸渍不同的前驱体物质，通过碳化工艺控制，获得了高纯的织物结构遗态碳化硅、氧化 物、氮化物陶瓷，从而赋予其碳化物、氧化物或氮化物的新特性。(3)制备的织物结构遗态陶瓷复合材料具有质轻、消振、吸音、耐高温、抗氧化、减 摩耐磨、传感和电磁屏蔽性好的特点，从而扩展其应用领域。

对本发明进行详细说明。本发明麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施步骤1 制备麻纤维织物结构模板，或制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板。制备麻纤维织物结构模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物模板，或制备交替 织物组织结构麻纤维织物模板。制备织物组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取市购或采用现 有织造技术制备的麻纤维织物，自然浸渍热固性树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成 2-20层布块，在模压机上100-150°C、0. 5MPa-10MPa压强下热压0. 5_5h，成型后固化，即得 到织物组织结构麻纤维织物模板。制备交替织物组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取不同组织结 构的麻纤维织物中的两种或多种，自然浸渍热固性树脂后，采用交替叠层方式将麻纤维织 物叠成2-20层布块，在模压机上100-150°C、0. 5MPa-100MPa压强下热压0. 5_5h，成型后固 化，即得到交替织物组织结构麻纤维织物模板。其中的麻纤维织物选用平纹、斜纹、针织或编织结构的苎麻纤维、亚麻纤维、大麻 纤维或剑麻纤维中的一种，热固性树脂可选用酚醛树脂、环氧树脂或呋喃树脂中的一种。制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板，具体按照以下步骤实施a.麻纤维织物浸渍处理取市购或采用现有织造技术制备的麻纤维织物，采用溶胶凝胶法，自然浸渍或正 负压浸渍、超声浸渍前驱体溶液或溶胶，浸渍时间不等，温度在20-80°C，后经多次干燥浸渍 处理，形成织物组织结构麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体。其中的麻纤维织物选用平纹、斜纹、针织或编织结构的苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维中的一种，前驱体溶液 选用有机硅聚合物溶液、金属醇盐溶液或金属无机盐溶液中的一种，前驱体溶胶选用有机 硅聚合物溶胶、金属醇盐溶胶或金属无机盐溶胶中的一种。b.制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物/ 前驱体复合模板，或制备交替组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板。制备织物组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板，具体按照以下步骤实施将步 骤a中制备的织物组织结构麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体自然浸渍热固性树脂后，采 用叠层方式将麻纤维织物叠成2-10层布块，在模压机上100-150°C、0. 5MPa-100MPa压强下 热压0. 5-5h，成型后固化，即得到织物组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板。制备交替组织结构麻纤维织物/前驱体复合模板，具体按照以下步骤实施将 步骤a中制备的不同组织结构的麻纤维织物/前驱体浸渍剂复合体中的两种或多种，自 然浸渍热固性树脂后，采用交替叠层方式将麻纤维织物叠成2-20层布块，在模压机上 100-150°C、0. 5MPa-10MPa压强下热压0. 5_5h，成型后固化，即得到交替组织结构麻纤维织 物/前驱体复合模板。步骤2 高温真空/惰性气体气氛碳化烧结及碳热还原反应将步骤1制备的麻纤维织物结构模板或麻纤维织物结构/前驱体复合模板置于真 空热压炉中，在真空或氮气、氩气等惰性气体保护气氛下，以3-20°C /min的升温速率升温 至500-1800°C，保温l-10h，随炉冷却或温控冷却，制备出具有不同麻纤维织物结构的遗态 碳模板或具有不同麻纤维织物结构的遗态碳化物、氮化物、氧化物陶瓷复合材料。步骤3 多次重复浸渍处理，碳热还原反应，液相或气相渗硅将步骤2制备的遗态碳模板在真空或惰性气体保护下液相或气相渗硅，液相 渗硅反应在真空度lxio-ip^Moo-ieocrc进行；气相渗硅反应在真空度lxio—Pa， 1400-1600°c进行，得到麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料。或，将步骤2制备的遗态碳化物、氮化物、氧化物陶瓷复合材料多次重复采用自然 浸渍或正负压浸渍、超声浸渍前驱体溶液或溶胶后，置于真空热压炉中，在真空或氮气、氩 气等惰性气体保护气氛下，真空度lXlO—ipa，或惰性气氛气压0. 03-0. 06MPa,以3_20°C / min升温至600-1800°C，保温l_10h，经真空碳热还原反应，得到麻纤维织物结构遗态陶瓷 复合材料。实施例1取市购或采用现有织造技术自制备的平纹组织苎麻纤维布，室温下自然浸渍正硅 酸乙酯水解后的Si02溶胶7天，后干燥，自然浸渍酚醛树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物 叠成10层布块，在模压机上150°C、0. 5MPa压强下热压lh，成型后固化，得到平纹组织麻纤 维织物/Si02复合模板。将制备的平纹组织麻纤维织物/Si02复合模板置于真空热压炉中， 在真空保护气氛下，真空度1 X lO^Pa,以20°C /min的升温速率，在1600°C下保温2h，随炉 冷却，制备出平纹组织麻纤维织物遗态碳化硅陶瓷复合材料。将制备的平纹组织麻纤维织 物结构遗态陶瓷3次重复采用自然浸渍前驱体Si02溶胶后，置于真空热压炉中，在真空保 护气氛下，经真空碳热还原反应后，获得平纹组织苎麻纤维织物结构遗态高纯碳化硅陶瓷 复合材料。实施例2
取市购或采用现有织造技术自制备的斜纹组织剑麻纤维布，室温下正负压浸渍环 氧树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成15层布块，在模压机上lOCTCUOMPa压强下热 压0. 5h，成型后固化，得到斜纹组织麻纤维织物模板。将制备的斜纹组织麻纤维织物模板置 于真空热压炉中，在氮气保护气氛下，压强为0. 06MPa,以3°C /min的升温速率，在500°C下 保温10h，以3°C /min的速率冷却，制备出具有斜纹组织麻纤维织物结构的遗态碳模板。将 制备的斜纹组织麻纤维织物结构遗态碳模板在真空度IX 10_中^ 14001液相渗硅反应后， 获得剑麻纤维织物结构遗态高纯碳化硅陶瓷。实施例3取市购或采用现有织造技术自制备的针织结构亚麻纤维织物，室温下超声浸渍环 氧树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成2层布块，在模压机上120°C、0. 5MPa压强下热 压5h，成型后固化，得到针织结构麻纤维织物模板。将制备的针织结构麻纤维织物模板置于 真空热压炉中，在氩气保护气氛下，气压为0. 03MPa,以20°C /min的升温速率，在1800°C下 保温lh，随炉冷却，制备出具有针织结构麻纤维织物遗态碳模板。将制备的针织结构麻纤维 织物遗态碳模板在真空度1 X lO^Pa, 1600°C液相渗硅反应后，获得针织结构亚麻纤维织物 遗态碳化硅陶瓷。实施例4取市购或采用现有织造技术自制备的编制结构苎麻纤维织物，50°C下超声浸渍 A1 (0H) 3溶胶5h，后干燥，自然浸渍酚醛树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成20层布 块，在模压机上120°C、0. 5MPa压强下热压2h，成型后固化，得到编制结构麻纤维织物/ A1 (0H) 3复合模板。将制备的编制结构麻纤维织物/A1 (0H) 3复合模板置于真空热压炉中，在 真空保护气氛下，以5°C/min的升温速率，在600°C下保温2h，随炉冷却，制备出编制结构麻 纤维织物遗态A1203陶瓷复合材料。将制备的编制结构麻纤维织物遗态陶瓷3次重复采用超 声浸渍前驱体A1 (0H) 3溶胶后，置于真空热压炉中，在真空保护气氛下，真空度1 X lO^Pa, 以5°C /min升温至60(TC，保温2h，经真空碳热还原反应后，获得编制结构苎麻纤维织物结 构遗态高纯A1203陶瓷复合材料。实施例5取市购或采用现有织造技术自制备的平纹组织苎麻纤维布和斜纹苎麻纤维布， 50°C下超声浸渍钛酸丁酯2h，后干燥，自然浸渍酚醛树脂后，采用交替叠层方式将麻纤维布 叠成10层布块，其中平纹组织和斜纹组织各5层，在模压机上120°C、1. 5MPa压强下热压 2h，成型后固化，得到交替结构麻纤维织物/Ti02复合模板。将制备的交替结构麻纤维织物 /Ti02复合模板置于真空热压炉中，在氮气气氛下，以5°C /min的升温速率，在1600°C下保 温5h，随炉冷却，制备出交替结构麻纤维织物遗态TiN陶瓷复合材料。将制备的交替结构麻 纤维织物遗态陶瓷3次重复采用超声浸渍前驱体钛酸丁酯后，置于真空热压炉中，在氮气 气氛下，氮气压强0. 03MPa,以5°C /min升温至1600°C，保温5h，经碳热还原反应后，获得交 替结构苎麻纤维织物遗态高纯TiN陶瓷复合材料。采用本发明方法制备得到的麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料，具有质轻、消振、 吸音、耐高温、抗氧化、减摩耐磨、传感和电磁屏蔽性好的特点，提高了遗态陶瓷材料结构的 “可设计性”，赋予了遗态陶瓷复合材料新的结构和功能特性，具有更广阔的应用前景。


本发明公开的一种麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料的制备方法，制备麻纤维织物结构模板或制备麻纤维织物结构/前驱体复合模板，置于真空热压炉中，在真空或惰性气体保护气氛下升温后随炉冷却或温控冷却，制备得到遗态碳模板或遗态陶瓷复合材料；将遗态碳模板在真空或惰性气体保护下液相渗硅或气相渗硅，或将遗态碳模板或遗态碳化物陶瓷复合材料或氮化物陶瓷复合材料或氧化物陶瓷复合材料重复浸渍前驱体溶液或前驱体溶胶后，经真空碳热还原反应，得到麻纤维织物结构遗态陶瓷复合材料。本发明制备方法，不仅使制备的遗态材料遗传了麻纤维织物人为制造的排布方式和排布结构及麻纤维生物自身的多层次、多维的本征精细结构，而且又赋予了其新的功能。

公开日2010年9月22日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日