一种膨胀系数小的高强度陶瓷及其制备方法

一种膨胀系数小的高强度陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，具体是一种膨胀系数小的高强度陶瓷。

背景技术

陶瓷是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料，经过配料、成型、干燥、焙烧 等工艺流程制成的器物。随着科学技术的发展，陶瓷又产生了许多新的品种。熔融石英陶瓷 材料是以微细熔融石英颗粒为原料，按照陶瓷工艺方法制备的材料。熔融石英陶瓷材料中 的熔融石英颗粒仍为不稳定高能态物质，熔融石英一定温度下具有易晶化为方石英的趋 势，且晶化后的方石英在高温使用条件下或经历高温差的温度急变时，因方石英的晶型发 生转变，而伴随较大的体积变化，导致熔融石英陶瓷材料产生裂纹，甚至因裂纹扩展导致材 料开裂损毁。

目前，国内多家研究机构进行了熔融石英及熔融石英陶瓷材料的烧结、晶化行为、 晶化抑制的研究，各试验研究方法基本上是采用在熔融石英陶瓷配合料中引入异物质添加 剂的途径。一些研究者采用单一的Si₃N₄、B₄C等作为添加剂引入到熔融石英陶瓷基体中，获 得了一定的析晶抑制效果，但是随着温度升高到1300℃以上温度时，仍会出现较明显的析 晶现象，因此需要进一步提高抑制析晶效果和改善烧结程度，具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀系数小的高强度陶瓷，以解决上述背景技术中提 出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量份组成：微米氮化硅40-60 份、竹纤维4-8份、纳米氧化硅1.5-5份、白云石3-6份、电气石2-8份、高岭土5-12份、乙醚 0.5-4份、石墨7-15份、甘油3-8份和石英砂8-16份。

作为本发明进一步的方案：所述膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量 份组成：微米氮化硅45-54份、竹纤维5-8份、纳米氧化硅2-5份、白云石4-6份、电气石4-8份、 高岭土7-12份、乙醚1-4份、石墨9-15份、甘油6-8份和石英砂12-15份。

作为本发明进一步的方案：所述膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量 份组成：微米氮化硅49份、竹纤维6.5份、纳米氧化硅4份、白云石5份、电气石6份、高岭土10 份、乙醚2.5份、石墨12份、甘油7份和石英砂14份。

所述膨胀系数小的高强度陶瓷，具体步骤如下：

步骤一，将白云石和电气石在450-620摄氏度下煅烧2-5小时，自然冷却至室温后 再浸泡在0.4mol/L的盐酸中20-35分钟，再浸泡在0.8mol/L的氯化铵溶液中10-18分钟，将 得到的产物烘干，即可得到改性白云石和改性电气石；

步骤二，将纳米氧化硅、高岭土、石英砂、改性白云石和改性电气石用振动球磨机 混合1.5-3小时后得到第一混合粉料；

步骤三，将第一混合粉料放入砂磨机中，同时加入微米氮化硅、竹纤维、高岭土、乙 醚、甘油和去离子水，砂磨3-8小时，得到混合浆料；

步骤四，将混合浆料在38-45MPa的压强下采用液压机成型，将成型后的坯体在50- 55摄氏度下干燥1-2小时，之后在85-96摄氏度下干燥1.5-3小时，获得干燥坯体；

步骤五，将干燥坯体在1150-1280摄氏度下保温2-3小时，然后在1450-1560摄氏度 下烧结1-2.5小时，自然冷却至室温即可得到成品。

作为本发明进一步的方案：步骤二的球磨温度为30-46摄氏度，步骤三的砂磨温度 为50-75摄氏度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明原料来源广泛，制备工艺简单，适 用于大规模的工业化生产；本发明中乙醚、石墨、石英砂等各组分起协同作用，制备的陶瓷 材料膨胀率远远低于现有石英陶瓷材料，强度大于现有石英陶瓷材料，适用范围广，具有良 好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量份组成：微米氮化硅40份、竹 纤维4份、纳米氧化硅1.5份、白云石3份、电气石2份、高岭土5份、乙醚0.5份、石墨7份、甘油3 份和石英砂10份。

所述膨胀系数小的高强度陶瓷，具体步骤如下：

步骤一，将白云石和电气石在450摄氏度下煅烧2小时，自然冷却至室温后再浸泡 在0.4mol/L的盐酸中20分钟，再浸泡在0.8mol/L的氯化铵溶液中10分钟，将得到的产物烘 干，即可得到改性白云石和改性电气石；

步骤二，将纳米氧化硅、高岭土、石英砂、改性白云石和改性电气石用振动球磨机 混合1.5小时后得到第一混合粉料；

步骤三，将第一混合粉料放入砂磨机中，同时加入微米氮化硅、竹纤维、高岭土、乙 醚、甘油和去离子水，砂磨3小时，得到混合浆料；

步骤四，将混合浆料在38MPa的压强下采用液压机成型，将成型后的坯体在50摄氏 度下干燥1小时，之后在85摄氏度下干燥1.5小时，获得干燥坯体；

步骤五，将干燥坯体在1150摄氏度下保温2小时，然后在1450摄氏度下烧结1小时， 自然冷却至室温即可得到成品。

实施例2

一种膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量份组成：微米氮化硅45份、竹 纤维5份、纳米氧化硅2份、白云石4份、电气石4份、高岭土7份、乙醚1份、石墨9份、甘油6份和 石英砂12份。

所述膨胀系数小的高强度陶瓷，具体步骤如下：

步骤一，将白云石和电气石在530摄氏度下煅烧3小时，自然冷却至室温后再浸泡 在0.4mol/L的盐酸中28分钟，再浸泡在0.8mol/L的氯化铵溶液中14分钟，将得到的产物烘 干，即可得到改性白云石和改性电气石；

步骤二，将纳米氧化硅、高岭土、石英砂、改性白云石和改性电气石用振动球磨机 混合，在35摄氏度下球磨2.5小时后得到第一混合粉料；

步骤三，将第一混合粉料放入砂磨机中，同时加入微米氮化硅、竹纤维、高岭土、乙 醚、甘油和去离子水，在56摄氏度下砂磨5小时，得到混合浆料；

步骤四，将混合浆料在42MPa的压强下采用液压机成型，将成型后的坯体在53摄氏 度下干燥1.5小时，之后在88摄氏度下干燥2小时，获得干燥坯体；

步骤五，将干燥坯体在1180摄氏度下保温2.5小时，然后在1490摄氏度下烧结1.5 小时，自然冷却至室温即可得到成品。

实施例3

一种膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量份组成：微米氮化硅49份、竹 纤维6.5份、纳米氧化硅4份、白云石5份、电气石6份、高岭土10份、乙醚2.5份、石墨12份、甘 油7份和石英砂14份。

所述膨胀系数小的高强度陶瓷，具体步骤如下：

步骤一，将白云石和电气石在560摄氏度下煅烧4小时，自然冷却至室温后再浸泡 在0.4mol/L的盐酸中30分钟，再浸泡在0.8mol/L的氯化铵溶液中16分钟，将得到的产物烘 干，即可得到改性白云石和改性电气石；

步骤二，将纳米氧化硅、高岭土、石英砂、改性白云石和改性电气石用振动球磨机 混合3小时后得到第一混合粉料；

步骤三，将第一混合粉料放入砂磨机中，同时加入微米氮化硅、竹纤维、高岭土、乙 醚、甘油和去离子水，砂磨7小时，得到混合浆料；

步骤四，将混合浆料在42MPa的压强下采用液压机成型，将成型后的坯体在55摄氏 度下干燥2小时，之后在92摄氏度下干燥2小时，获得干燥坯体；

步骤五，将干燥坯体在1220摄氏度下保温3小时，然后在1520摄氏度下烧结2小时， 自然冷却至室温即可得到成品。

实施例4

一种膨胀系数小的高强度陶瓷，由以下原料按照重量份组成：微米氮化硅54份、竹 纤维8份、纳米氧化硅5份、白云石6份、电气石8份、高岭土12份、乙醚4份、石墨15份、甘油8份 和石英砂15份。

所述膨胀系数小的高强度陶瓷，具体步骤如下：

步骤一，将白云石和电气石在600摄氏度下煅烧4小时，自然冷却至室温后再浸泡 在0.4mol/L的盐酸中32分钟，再浸泡在0.8mol/L的氯化铵溶液中16分钟，将得到的产物烘 干，即可得到改性白云石和改性电气石；

步骤二，将纳米氧化硅、高岭土、石英砂、改性白云石和改性电气石用振动球磨机 混合，在42摄氏度下球磨2小时后得到第一混合粉料；

步骤三，将第一混合粉料放入砂磨机中，同时加入微米氮化硅、竹纤维、高岭土、乙 醚、甘油和去离子水，在66摄氏度下砂磨7小时，得到混合浆料；

步骤四，将混合浆料在43MPa的压强下采用液压机成型，将成型后的坯体在54摄氏 度下干燥1.5小时，之后在95摄氏度下干燥2小时，获得干燥坯体；

步骤五，将干燥坯体在1250摄氏度下保温3小时，然后在1530摄氏度下烧结2小时， 自然冷却至室温即可得到成品。

对比例

除不含有乙醚，对比例1的其余组分和制备方法与实施例3相同。

将实施例1-4的产品、对比例1的产品和现有产品进行强度和膨胀率的性能测试， 测试结果见表1。

表1

从表1中可以看出，实施例1-4的产品在抗压强度和膨胀率上均优于对比例1的产 品和现有产品，使用效果好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。