低铝高硼硅固体浮力材料的制备及研究

摘要

本文主要进行了低铝高硼硅玻璃/空心玻璃微珠复合固体浮力材料的制备和研究。目的是利用低铝高硼硅玻璃粉耐温的特点，替代有机树脂成为固体浮力材料的基体，制备出具备一定耐温性的固体浮力材料，以适应新时代海洋武器的新需求。实验中采用凝胶注模成型工艺制备样品，设计多组对照实验分析了热处理温度、玻璃粉/微珠比例等因素对材料强度、密度、导热率、吸水率等性能的影响。此外，通过添加不同含量的B2O3和B4C对复合材料进行改性，通过对比，分析其对样品性能的影响，并对其机理进行探究。实验表明：以凝胶注模成型工艺制备样品过程中，稳定的浆料是成功的前提。pH=3-4的浆料最有利于浆料的稳定性，可保证粉末和微珠在原位固化过程中仍保持较好的均匀性；热处理温度对样品的性能有着较大影响，随着热处理温度的升高，样品的密度和强度呈现一个先升高后降低的趋势，介于玻璃粉和微珠软化点间的温度最有利于材料性能的提高，当烧结温度为750℃时可制备出强度为14.6 MPa，密度为0.88 g/cm3，导热率为0.1564 W/(m·K)，吸水率为3％的样品；样品中玻璃粉含量的提高，虽有利于强度的增大和吸水率的降低，但也将导致密度和导热率的增大，故需将其含量控制在60%左右，可制备出综合性能较为良好的样品；B2O3的加入虽可降低玻璃粉的软化温度，实现低温粘结，但其与水分容易结合形成硼酸，将水分锁在粘结相中，经高温热处理后留下大量不规则孔洞，降低粘结强度，不利于制备高强度固体浮力材料；B4C在500℃以后发生的分解反应形成的B2O3可降低玻璃粉的软化温度，同时伴随250%的体积膨胀效应，充分填充样品内部空隙，实现致密、连续的粘结，保证复合材料内部结构均匀，从而获得足够高的强度，添加6%B4C的样品，经700℃热处理后的强度可达18.6MPa，同时密度为0.81g/cm3，热导率仅为0.156W/(K·m)，吸水率低至1.9%。

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第一章 绪论

1.1硼硅玻璃

1.2 空心微珠

1.3凝胶注模成型工艺

1.4固体浮力材料

1.5课题的提出与意义

第二章 实验原料及研究方案

2.1实验原料

2.2实验设备

2.3实验流程

2.3实验设计

2.4实验表征手段

第三章 凝胶注模法制备固体浮力材料

3.1浆料的稳定性研究

3.2 烧结温度对样品性能的影响

3.3 玻璃粉含量对样品性能的影响

3.4 本章小结

第四章 硼系添加物对固体浮力材料性能的影响

4.1硼系物的引入

4.2氧化硼对样品性能的影响

4.3碳化硼对样品性能的影响

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢