CN101538164A

CN101538164A - 超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法

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Publication number: CN101538164A
Application number: CN200910115236A
Authority: CN
Inventors: 周健儿; 包启富; 黄武清
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: CN101538164B

Abstract

本发明提供一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法，其特点是预先以含锂矿物(如锂辉石、锂霞石等)、碳酸锂、氧化锌、碳酸钡、二氧化钛、滑石等混合在1450℃左右熔融成玻璃熔块作为A料，再与以高岭土、石英等为原料混合成的B料以及煅烧锂辉石，按照一定的比例混合，经过球磨、成型、烧成工序制备出热膨胀系数(常温～800℃)为0.6～1.0×10^－6/℃的超低膨胀陶瓷材料。该陶瓷材料可广泛应用于窑具、高温夹具、高温辐射挡板、电磁炉面板、微波炉内衬、家庭用耐热餐具以及热电偶保护管等。

Description

超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法

技术领域

本发明属无机非金属材料(陶瓷)领域，涉及一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法。

背景技术

低膨胀材料已在陶瓷、冶金、搪瓷、特种玻璃、化工等方面得到广泛的应用，而锂质低膨胀陶瓷由于其优良的耐高温、抗热震性能以及高温化学稳定性而备受青睐，被广泛应用于陶瓷的坯、釉料、窑具、感应加热部件(如微波炉垫片)、电磁炉面板、微波炉内衬、家庭用耐热餐具以及热电偶保护管等。

目前，锂质低膨胀陶瓷材料的制备工艺主要是采用天然锂辉石(Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂)等含锂矿物、工业工业碳酸锂(Li₂CO₃)和粘土直接以全生料配方的制备工艺，这种工艺难以制备出超低膨胀陶瓷材料，即热膨胀系数小于1.0×10^-6/℃的陶瓷。

天然锂辉石矿物是以α-锂辉石的形式存在，由于α-锂辉石在高温烧成过程中会转变为高温稳定的β-锂辉石结构，这个过程会发生约30％的体积膨胀，容易引起陶瓷在烧成过程中的变形和开裂，因此在使用天然锂辉石前常常需要在1200℃条件下煅烧将其转变成β-锂辉石后再使用，这样就会大大增加工艺成本。而且，若要获得具有急冷急热达到650℃～20℃一次不开裂的超低膨胀陶瓷材料，根据现有技术已经公开的配方，即使锂辉石用量达到45％以上，也很难实现。另外就是配方中使用β-锂辉石制备的坯体很容易析出碱金属锂元素，会对人的健康产生影响。如专利文献200510023142.0公开的“一种高抗热震陶瓷及其制造方法”，煅烧锂辉石粉35～55％，优质高岭土40～55％，石英0～10％，其产品的急冷急热效果仅能达到450℃～20℃一次不开裂。又如专利文献200510035605.5公开的“中温耐热陶瓷及其制造方法”，配料采用煅烧锂辉石、高岭土和工业碳酸锂，合成了透锂长石主晶相，其中煅烧锂辉石的用量为42～70％，工业碳酸锂的用量为0～8％，其成本明显高于本发明专利，而且其热膨胀系数较高，高达2.0～3.0×10^-6/℃。另外由于工业碳酸锂微溶于水，且易水解，直接使用会使得坯体很难控制。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种含锂矿物不用预先缎烧、可抑制碱金属元素析出、制备成本低的超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法。

本发明采用的一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法，其特征在于第一步先按照重量配比组成为：含锂矿物65～90％，工业碳酸锂5～20％，氧化锌1～8％，碳酸钡0～6％，二氧化钛2～6％，氧化镁2～4％熔融成玻璃熔块作为A料，和按照重量配比组成为：石英0～20％，以高岭石为主晶相的粘土或高岭土80～100％，煅烧滑石或镁质粘土0～20％的混合生料作为B料，第二步按重量配比组成为：A料10～55％，B料45～55％，锻烧锂辉石或透锂长石0～45％，进行混合，经过球磨粉碎、成型、烧成等工序，在1290～1310℃制备出热膨胀系数a _(带温～ _800℃)为0.6～1.0×10^-6/℃的陶瓷材料，该陶瓷材料满足如下通式：

以上字母R代表化学元素，R₂O代表碱金属氧化物(如Li₂O等)，RO代表碱土金属氧化物(如MgO、BaO等)，R₂O₃代表中性氧化物(如Al₂O₃、B₂O₃等)，RO₂代表两性的、酸性氧化物”(如SiO₂、TiO₂等)。

上述含锂矿物是本技术领域制备低膨胀陶瓷材料常用的商品化产品，如天然锂辉石、锂霞石、透锂长石等。

本发明通过预先将含锂矿物、工业碳酸锂、氧化锌、、二氧化钛、氧化镁等混合熔融成玻璃熔块，形成了一种膨胀系数更低的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂固溶体，该固溶体能够更充分地熔解高岭土和石英，形成了膨胀系数为零甚至为负数的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶，并且解决了碱金属元素析出的问题，同时消除了工业碳酸锂水解使成型不易控制的缺陷，使产品的热膨胀性更低，其热膨胀系数(常温～800℃)只有0.6～1.0×10^-6/℃，抗急冷急热效果可以达到650℃～20℃一次不开裂，而以同样的配方用全生料制备出的低膨胀材料的膨胀系数在2.2～3.1×10^-6/℃，抗急冷急热效果仅能达到450℃～20℃一次不开裂。

具体实施方式

实施例一

A料重量比为：天然锂辉石75％，工业碳酸锂20％，氧化锌1％，二氧化钛2％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1400℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英15％，高岭土80％，煅烧滑石5％，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料45％，B料55％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.73×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例二

A料重量比为：天然锂辉石75％，工业碳酸锂20％，氧化锌1％，二氧化钛2％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1400℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英15％，高岭土80％，煅烧滑石5％，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料50％，B料50％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1300℃的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.66×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例三

A料重量比为：天然锂辉石75％，工业碳酸锂20％，氧化锌1％，二氧化钛2％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1400℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英15％，高岭土80％，煅烧滑石5％，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料55％，B料45％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1290℃的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.60×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例四

A料重量比为：天然锂辉石80％，工业碳酸锂10％，氧化锌4％，碳酸钡2％，二氧化钛2％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1450℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英10％，高岭土85％，煅烧滑石5％，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料45％，B料55％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(带温～800℃)}为0.94×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例五

A料重量比为：天然锂辉石84％，工业碳酸锂10％，氧化锌2％，二氧化钛2％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1450℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英10％，高岭土85％，煅烧滑石5％，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料50％，B料50％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.82×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例六

A料重量比为：天然锂辉石84％，工业碳酸锂10％，氧化锌2％，二氧化钛2％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1450℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英10％，以高岭石为主晶相的粘土85％，镁质粘土5％，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料55％，B料45％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温15～45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.78×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例七

A料重量比为：天然锂辉石90％，工业碳酸锂5％，氧化锌2％，二氧化钛1％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500℃左右熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英20％，高岭土80％，将这两种原料混合备用。然后按重量比取A料45％，B料55％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.98×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例八

A料重量比为：锂霞石90％，工业碳酸锂5％，氧化锌2％，二氧化钛1％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500℃左右熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英20％，高岭土80％，将这两种原料混合备用。然后按重量比取A料50％，B料50％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.88×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例九

A料重量比为：透锂长石90％，工业碳酸锂5％，氧化锌2％，二氧化钛1％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英20％，高岭土80％，将这两种原料混合备用。然后按重量比取A料10％，B料45％，透锂长石45％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.83×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

实施例十

A料重量比为：天然锂辉石85％，工业碳酸锂10％，氧化锌2％，二氧化钛1％，氧化镁2％，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500℃熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为：石英20％，高岭土80％，将这两种原料混合备用。然后按重量比取A料10％，B料45％，煅烧锂辉石45％准确配料，按照料∶球∶水＝1∶2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310℃的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.73×10^-6/℃，测其热稳定性，抗急冷急热650℃～20℃一次不裂。

Claims

1、一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法，其特征在于第一步先按照重量配比组成为：含锂矿物65～90％，工业碳酸锂5～20％，氧化锌1～8％，碳酸钡0～6％，二氧化钛2～6％，氧化镁2～4％熔融成玻璃熔块作为A料，和按照重量配比组成为：石英0～20％，以高岭石为主晶相的粘土或高岭土80～100％，煅烧滑石或镁质粘土0～20％的混合生料作为B料，第二步按重量配比组成为：A料10～55％，B料45～55％，锻烧锂辉石或透锂长石0～45％，进行混合，经过球磨粉碎、成型、烧成等工序，在1290～1310℃制备出热膨胀系数a_{(常温～800℃)}为0.6～1.0×10^-6/℃的陶瓷材料，该陶瓷材料满足如下通式：