CN102153897B

CN102153897B - 一种锂辉石致密涂层及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102153897B
Application number: CN2010105913802A
Authority: CN
Inventors: 刘世权
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102153897A

Abstract

本发明公开了一种锂辉石致密涂层，它是由玻璃料浆热处理后获得，其主晶相为β-锂辉石，组成及重量百分比为：Li₂O5-10%，CaO1-5%，Al₂O₃20-29%，SiO₂52-61%，TiO₂0-6%。本发明还提供了该锂辉石致密涂层的制备方法和应用。本涂层能够很好地与基体结合，结构致密，无气孔，不吸水、不渗水，能耐1200℃高温。在料浆中加入市售无机色料，还可制得带有颜色的涂层。能够用于低膨胀系数材料表面，具有防水及装饰等功能。本发明的制备方法结合玻璃与陶瓷工艺手段，易工业化，易于实施。

Description

一种锂辉石致密涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种无机涂层及其制备方法和应用，具体涉及一种耐高温的、可用于低膨胀基体表面的锂辉石致密涂层及其制备方法和应用，属于无机材料技术领域。

背景技术

涂层材料是指在基体表面具有装饰、增强、防水、防化学腐蚀等功能的薄层材料。如陶瓷表面的涂层美化陶瓷，降低陶瓷吸水率，提高陶瓷机械强度和化学稳定性。在多孔轻质材料表面施以涂层是解决多孔轻质材料易吸水、吸潮缺点的有效手段。目前已有的防水涂层材料主要有有机和无机两大类。其中，有机材料由于不耐高温而无法用于隔热材料的表面防水处理。无机材料具有耐高温的特点，适合于制备耐高温隔热材料表面的防水涂层。在多孔隔热材料表面制备耐高温防水涂层需重点解决以下两个问题。一是，涂层与基体间膨胀系数要匹配，以避免因二者热胀冷缩不一致引起涂层开裂，从而导致涂层的防水功能失效。二是，涂层本身要致密，吸水率很小或不吸水。三是涂层制备应采用较低的温度，以免引起基体材料变形。因此，研制满足上述三个条件的无机、耐高温、防水涂层对于多孔隔热材料防水问题具有重大意义。锂辉石、锂霞石具有低的膨胀系数，可制备适用于低膨胀基体的表面涂层。如赵小玻等（专利公开号CN101648817）中发明了一种用于飞行器部件（如航天飞机用石英隔热瓦），可在1200^oC下使用的耐高温低膨胀无机防水涂层，其主要成份为合成的硼硅玻璃粉（50～80％）和合成的β-锂霞石（5～30％）及石英粉、四硼化硅等。其中硼硅玻璃粉由氧化硼和氧化硅在1000～1200^oC下熔合而成，β-锂霞石由碳酸锂、氧化铝和二氧化硅在1100～1400^oC下熔合而成。

发明内容

本发明提供了一种锂辉石致密涂层，本涂层经由玻璃料浆热处理得到，所得涂层能够很好地与基体结合，结构致密，无气孔、不吸水、不渗水，防水效果好，涂层的主晶相为β-锂辉石，膨胀系数低，可用做低膨胀基体表面的涂层。

本发明还提供了本锂辉石致密涂层的制备方法，本方法制备过程步骤较简单，易工业化。

本发明还提供了本锂辉石致密涂层的应用，将其用于低膨胀系数的基体上可以与基体紧密的结合，起到防水、耐高温的作用。

发明人经大量实验研究，发现优选特殊组成的玻璃粉制成的玻璃涂层经热处理后能较好地满足无机防水涂层的要求。玻璃可在较低温度下软化，形成致密涂层，同时通过热处理，可形成晶体，获得耐高温、与基体匹配的不吸水、不渗水的涂层。经进一步筛选、实验，得出本发明的优质涂层，其技术方案如下：

一种锂辉石致密涂层，其特征是：主晶相为β-锂辉石。

上述锂辉石致密涂层，其特征是包括以下以氧化物计的重量百分比的组成：Li₂O 5-10%，CaO 1-5%, Al₂O₃ 20-29% ，SiO₂ 52-61%， TiO₂ 0-6%。

上述锂辉石致密涂层的制备方法，其特征是：

（1）按照配比取各原料，并将它们混合，在1450-1590℃下熔化成玻璃液；

（2）将玻璃液用水进行水淬，得玻璃水淬料；

（3）将玻璃水淬料按照a或b的方法得到料浆：

a．将玻璃水淬料在烘箱中干燥，然后球磨成细粉，过200目筛得玻璃粉，将玻璃粉分散到水中，加入有机悬浮剂，制得料浆；

b．将玻璃水淬料中加入有机悬浮剂和水，湿法球磨制得料浆；

（4）在基体表面喷涂或刷涂料浆涂层，然后干燥；

（5）料浆涂层在1140-1180℃下进行热处理，得涂层。

上述制备方法中，进一步的，在料浆喷涂或刷涂前，料浆中可以加入普通的市售无机色料，使最终得到的涂层带有颜色。色料的加入量可进行常规选择。

上述步骤（1）中，熔化时间为1-4h。

上述步骤（3）中，所述有机悬浮剂为阿拉伯树胶或羧甲基纤维素；步骤a中，玻璃水淬料的干燥温度为120-150℃，干燥时间为6-12h，玻璃粉和水的质量比为1:1-2，有机悬浮剂的用量为玻璃粉质量的0.3-0.5%；步骤b中，湿法球磨时，玻璃水淬料与水的质量比为1:1-2，悬浮剂的用量为玻璃水淬料质量的0.5-1%；

上述步骤（3）中，步骤a中，玻璃粉和水的质量比优选为1:1.5；步骤b中，玻璃水淬料与水的质量比优选为1:1.5。

上述步骤（4）中，喷完料浆涂层后，在120-150℃下干燥4-12h。

上述步骤（5）中，料浆涂层热处理时间为1-3h。

本发明球磨时所用的球为磨成细粉所常用的球，本领域技术人员可根据需要进行选择。本发明中，Li₂O的原料来自于碳酸锂或锂辉石，CaO的原料来自于碳酸钙，Al₂O₃的原料来自于氢氧化铝或氧化铝，SiO₂的原料来自于石英砂，TiO₂的原料来自于钛白粉。

本发明还提供了锂辉石致密涂层的应用，将其涂于地膨胀系数的材料上，所得涂层致密，防水，耐高温，效果好。

有益效果：本发明提供的涂层能够很好地与基体结合，结构致密，无气孔，不吸水、不渗水，能耐 1200℃高温，能够用于低膨胀系数材料表面，具有防水作用。本发明以玻璃粉经热处理获得主晶相为β-锂辉石的涂层，玻璃可在较低温度下软化，形成致密涂层，同时通过控制热处理条件，控制晶体的形成，可获得耐高温、且膨胀系数与基体匹配的涂层。本发明的制备方法结合玻璃与陶瓷工艺手段，易工业化，易于实施，在料浆中还可以加入市售色料，得到带有颜色的涂层。将其用于低膨胀系数的材料表面其防水效果好。

附图说明

图1为本发明实施例1所得锂辉石涂层的XRD衍射图谱。

图2为本发明实施例1所得锂辉石涂层的电镜图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限制。

本发明中，Li₂O的原料来自于碳酸锂或锂辉石，CaO的原料来自于碳酸钙，Al₂O₃的原料来自于氢氧化铝或氧化铝，SiO₂的原料来自于石英砂，TiO₂的原料来自于钛白粉。

本发明球磨所用的球为磨粉常用的球，例如氧化铝球。

实施例1

制备组成为Li₂O 10%，CaO 5%，Al₂O₃ 24%，SiO₂ 61%的涂层，方法如下：

按上述比例计算各原料，称取各原料，并充分混合，在温度1590℃下熔化澄清1h得玻璃液，水淬得玻璃水淬料。将玻璃水淬料在烘箱中120℃干燥12小时，球磨制成过200目筛的玻璃粉。将玻璃粉分散到水中，加入阿拉伯树胶（玻璃粉与水的质量比为1:1.5，阿拉伯树胶的用量为玻璃粉质量的0.3%），制得料浆。将料浆涂敷在多孔石英隔热材料表面，涂敷料浆的石英隔热瓦置于干燥箱中120℃干燥12小时，然后在1180℃热处理1小时，得致密锂辉石涂层。

图1为所得锂辉石涂层的XRD衍射图谱，图2为所得锂辉石涂层的电镜图。从图中可以看出，本涂层的主晶相为β-锂辉石，涂层致密无气孔。因此，所得涂层防水效果好，且能耐1200℃高温。

度高温。

实施例2

制备组成为Li₂O 10%，CaO 4%，Al₂O₃ 28%，SiO₂ 52%，TiO₂ 6%的涂层，方法如下：

按上述比例计算各原料，称取各原料，并充分混合，在温度1450℃下熔化澄清4h得玻璃液，将玻璃液水淬得玻璃水淬料。在玻璃水淬料中加入羧甲基纤维素进行湿法球磨，并过200目筛得料浆。（玻璃水淬料与水的质量比为1:1.5，羧甲基纤维素用量为玻璃水淬料质量的1%）。将料浆喷涂在石英隔热瓦表面，喷完后将涂有料浆的石英隔热瓦置于干燥箱中150℃干燥6小时，然后在1140℃热处理3小时，得致密锂辉石涂层。

涂层特征：主晶相为β-锂辉石，涂层致密无气孔，不吸水、不渗水，能耐1200℃高温。

实施例3

制备组成为Li₂O 9%，CaO 1%，Al₂O₃ 29%，SiO₂ 57%，TiO₂ 4%的涂层，方法如下：

按上述比例计算各原料，称取各原料，并充分混合，在1500℃熔化澄清3h，玻璃水淬料在150℃干燥6h，球磨制成过200目筛的玻璃粉。将玻璃粉分散到水中，加入羧甲基纤维素（玻璃粉与水的质量比为1:1，阿拉伯树胶的用量为玻璃粉质量的0.5%），制得料浆。将料浆涂敷在多孔石英隔热瓦表面，涂敷料浆的石英隔热材料置于干燥箱中130℃干燥10小时，然后在1160℃热处理2小时，得致密锂辉石涂层。

实施例4

制备组成为Li₂O 8%，CaO 5%，Al₂O₃ 20%，SiO₂ 61%，TiO₂ 6%的涂层，方法如下：

按上述比例计算各原料，称取各原料，并充分混合，在温度1550℃下熔化澄清2h得玻璃液，将玻璃液水淬得玻璃水淬料。在玻璃水淬料中加入阿拉伯树胶进行湿法球磨，并过200目筛得料浆。（玻璃水淬料与水的质量比为1:2，羧甲基纤维素用量为玻璃水淬料质量的0.5%）。将料浆喷涂在石英隔热瓦表面，喷完后将涂有料浆的石英隔热瓦置于干燥箱中150℃干燥4小时，然后在1140℃热处理3小时，得致密锂辉石涂层。

涂层特征：主晶相为β-锂辉石，涂层致密，无气孔，不吸水、不渗水，能耐1200℃高温。

实施例5

涂层组成和制法同实施例1，不同的是，将玻璃粉分散到水中，加入阿拉伯树胶（玻璃粉与水的质量比为1:2，阿拉伯树胶的用量为玻璃粉质量的0.3%），制得料浆。

实施例6

涂层组成和制法同实施例2，不同的是，在玻璃水淬料中加入羧甲基纤维素进行湿法球磨，并过200目筛得料浆。（玻璃水淬料与水的质量比为1:1，羧甲基纤维素用量为玻璃水淬料质量的0.9%）。

实施例7

涂层组成和制法同实施例4，不同的是，所用的基体是锂辉石质坯体。

实施例8

涂层组成和制法同实施例3，不同的是，所用的基体是石英玻璃，并在料浆中加入3%的市售的钴蓝色料。

实施例9

涂层组成和制法同实施例2，不同的是，所用的基体是堇青石坯体。

实施例10

涂层组成和制法同实施例1，不同的是，所用的基体是熔融石英坯体，并在料浆中加入2%市售无钴黑色料。

Claims

1.一种锂辉石致密涂层，其特征是：主晶相为β-锂辉石，包括以下以氧化物计的重量百分比的组成：Li₂O 5-10%，CaO 1-5%, Al₂O₃ 20-29% ，SiO₂ 52-61%， TiO₂ 0-6%；制备方法为：

（2）将玻璃液用水进行水淬，得玻璃水淬料；

（3）将玻璃水淬料按照a或b的方法得到料浆：

a.将玻璃水淬料在烘箱中干燥，然后球磨成细粉，过200目筛得玻璃粉，将玻璃粉分散到水中，加入有机悬浮剂，制得料浆；

b.将玻璃水淬料中加入有机悬浮剂和水，湿法球磨制得料浆；

（4）在基体表面喷涂或刷涂料浆涂层，然后干燥；

（5）料浆涂层在1140-1180℃下进行热处理，得涂层。

2.根据权利要求1所述的锂辉石致密涂层，其特征是：在步骤（4）之前，在所得的料浆中加入无机色料，使最终所得的涂层带有颜色。

3.根据权利要求1所述的锂辉石致密涂层，其特征是：步骤a中，玻璃粉和水的质量比为1:1-2，有机悬浮剂的用量为玻璃粉质量的0.3-0.5%；步骤b中，湿法球磨时，玻璃水淬料与水的质量比为1:1-2，悬浮剂的用量为玻璃水淬料质量的0.5-1%。

4.根据权利要求3所述的锂辉石致密涂层，其特征是：步骤a中，玻璃粉和水的质量比为1:1.5；步骤b中，玻璃水淬料与水的质量比为1:1.5。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的锂辉石致密涂层，其特征是：步骤（1）中，熔化时间为1-4h；步骤（4）中，喷完料浆涂层后，在120-150℃下干燥4-12h；步骤（5）中，料浆涂层热处理时间为1-3h。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的锂辉石致密涂层，其特征是：步骤a中，玻璃水淬料的干燥温度为120-150℃，干燥时间为6-12h。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的锂辉石致密涂层，其特征是：步骤（3）中，所述有机悬浮剂为阿拉伯树胶或羧甲基纤维素。

8.一种权利要求1所述的锂辉石致密涂层的应用。