CN103044026A - 一种高抗热震陶瓷材料 - Google Patents

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CN103044026A CN2013100144658A CN201310014465A CN103044026A CN 103044026 A CN103044026 A CN 103044026A CN 2013100144658 A CN2013100144658 A CN 2013100144658A CN 201310014465 A CN201310014465 A CN 201310014465A CN 103044026 A CN103044026 A CN 103044026A
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张小珍
巫春荣
周健儿
江瑜华
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Jingdezhen Ceramic Institute
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Abstract

本发明公开了一种高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O35.5～30mol%、Nb2O570～94.5mol%。本发明具有高抗热震性，强度高、热稳定性及化学稳定性好、耐腐蚀，性能优异，适用范围广，从而能够很好地满足实际工业需求。

Description

一种高抗热震陶瓷材料
技术领域
本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高抗热震陶瓷材料。
背景技术
高抗热震陶瓷材料具有耐高温、高强度和低热膨胀系数特点，适用于高温结构陶瓷部件、航天材料、高温观察窗、高温催化剂载体及过滤器、陶瓷坩埚、热交换器等高新技术材料制造领域。随着我国现代高新技术产业和航空航天工业的快速发展，对高抗热震陶瓷材料的需求愈来愈迫切，对其抗热震性能也有了更高的要求。陶瓷材料的抗热震性能与其热膨胀性能和力学强度密切相关。陶瓷材料的热膨胀系数越低和力学强度越高，其抗热震性能越好。目前，现有技术这类陶瓷材料通常使用堇青石陶瓷、锂辉石陶瓷、钛酸铝陶瓷等低膨胀陶瓷材料。尽管这些材料热膨胀系数较低（1～3×10-6℃-1），但都存在有各自的缺点，难以满足实际工业需求。例如，堇青石陶瓷耐酸性差，不能用于腐蚀场所；锂辉石陶瓷烧成范围很狭窄（只有10℃左右），强度低，抗热震性差；钛酸铝陶瓷由于晶格轴向热膨胀各向异性大而导致产生开裂现象，其强度低（抗弯强度＜10MPa），抗热震性能极差，而且钛酸铝陶瓷在750～1300℃时易分解出Al2O3和TiO2，因此这些陶瓷材料在抗热震场合的应用受到了限制。
Nb2O5陶瓷具有良好的化学稳定性、抗腐蚀性和催化性以及较低的热膨胀性能（20～800℃热膨胀系数为-1.5～2.0×10-6℃-1）等，因而在Nb2O5粉体和各种电子陶瓷生产所需陶瓷坩埚、高温废气净化处理的蜂窝陶瓷、催化剂载体和其它结构陶瓷产品等制备方面有着良好的应用前景。但纯Nb2O5陶瓷的低膨胀特性主要源于晶格轴向热膨胀各向异性程度高产生的裂纹，这使得陶瓷体难以烧结致密，材质强度低，从而也使Nb2O5陶瓷表现出很差的抗热震性能，致使纯Nb2O5陶瓷迄今为止还未能获得实际的工业应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Nb2O5-Al2O3二元体系高抗热震陶瓷材料，并同时具有良好的耐腐蚀性、高温热稳定性和化学稳定性，以满足工业生产中对高抗热震陶瓷材料的迫切需求。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O35.5～30mol%、Nb2O570～94.5mol%。优选地，其组成为Al2O310～15mol%、Nb2O585～90mol%。
本发明属于Nb2O5-Al2O3二元体系陶瓷材料，按照摩尔百分含量当组成为5.5mol%≤Al2O3≤7mol%、93mol%≤Nb2O5≤94.5mol%时，主要由Al2Nb50O128晶相和AlNb11O29晶相组成；当组成为7mol%＜Al2O3≤14mol%、86mol%≤Nb2O5＜93mol%时，主要由Al2O3·9Nb2O5晶相和AlNb11O29晶相组成；当组成为14mol%＜Al2O3≤30mol%、70mol%≤Nb2O5＜86mol%时，主要由AlNb11O29晶相和AlNbO4晶相组成。这些晶相的晶粒形状为柱状，且相互交错，有助于提高材料的强度。
本发明高抗热震陶瓷材料的制备，可采用氧化物为原料直接混合，也可采用各自的前驱体通过液相或固相方式进行混合，之后通过成型和高温固相烧结反应得到陶瓷材料。
本发明具有以下有益效果：
(1)具有高抗热震性，强度高、热稳定性及化学稳定性好、耐腐蚀，能够很好地满足实际工业需求。
(2)性能优异，适用范围广，尤其是在陶瓷坩埚、高温催化剂载体及过滤器、热交换器、高温结构陶瓷部件、高温观察窗及其它高温抗热震航天材料等生产领域具有良好的应用前景。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例一：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O36mol%、Nb2O594mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以草酸铌（(NH4)3[NbO(C2O4)3]）和硝酸铝（Al(NO3)3·9H2O）为原料通过液相法进行制备，其方法如下：
(1)按照上述Al2O3与Nb2O5的配比称取适量草酸铌（(NH4)3[NbO(C2O4)3]）和硝酸铝（Al(NO3)3·9H2O），溶解混合于无水乙醇中搅拌均匀后，加入氨水使之发生共沉淀反应，沉淀物在800℃温度下煅烧保温1小时而获得混合物粉体。
(2)混合物粉体经造粒和干压成型后制备成矩形陶瓷材料，然后升温至1390℃温度进行烧成，保温4小时，冷却时先以10℃/min冷却至1000℃，最后自然冷却至室温，即得到高抗热震陶瓷材料。
实施例二：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O312.5mol%、Nb2O587.5mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以草酸铌（(NH4)3[NbO(C2O4)3]）和硝酸铝（Al(NO3)3·9H2O）为原料通过液相法进行制备，其方法同实施例一。
实施例三：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O315mol%、Nb2O585mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以草酸铌（(NH4)3[NbO(C2O4)3]）和硝酸铝（Al(NO3)3·9H2O）为原料通过液相法进行制备，其方法同实施例一。
实施例四：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O38mol%、Nb2O592mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以氧化物为原料进行制备，其方法如下：
(1)按照上述Al2O3与Nb2O5的配比称取Al2O3微粉和Nb2O5微粉，通过球磨机球磨10小时混合均匀后进行干燥而获得混合物粉体。
(2)混合物粉体经造粒和干压成型后制备成矩形陶瓷材料，然后升温至1370℃温度进行烧成，保温4小时，冷却时先以10℃/min冷却至1000℃，最后自然冷却至室温，即得到高抗热震陶瓷材料。
实施例五：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O310mol%、Nb2O590mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以氧化物为原料进行制备，其方法如下：
(1)按照上述Al2O3与Nb2O5的配比称取Al2O3微粉和Nb2O5微粉，通过球磨机球磨10小时混合均匀后进行干燥而获得混合物粉体。
(2)混合物粉体经造粒和干压成型后制备成矩形陶瓷材料，然后升温至1390℃温度进行烧成，保温4小时，冷却时先以10℃/min冷却至1000℃，最后自然冷却至室温，即得到高抗热震陶瓷材料。
实施例六：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O320mol%、Nb2O580mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以氧化物为原料进行制备，其方法同实施例五。
实施例七：
1、本实施例高抗热震陶瓷材料，按照摩尔百分含量其组成为Al2O325mol%、Nb2O575mol%。
2、本实施例高抗热震陶瓷材料，以氧化物为原料进行制备，其方法同实施例五。
本发明实施例陶瓷材料的抗热震性能测定
抗热震性能测定方法如下：将陶瓷材料试样加热至800℃、1000℃和1200℃并保温20min，然后取出置于20℃环境中急冷进行抗热震试验，测定样品热震测试后抗弯强度，计算其相对原始强度的衰减幅度，即为陶瓷材料的抗热震性能。样品从相同温度急冷后，抗弯强度衰减幅度越大，其抗热震性能越差。衰减幅度为100%表示样品急冷后即断裂。
本发明上述实施例所制得的陶瓷材料，及其以相同制备条件下制得的纯Nb2O5陶瓷材料做为对比实例，所测得的抗热震性能如表1所示。
表1本发明实施例及对比实例的陶瓷材料抗热震性能
Figure BDA00002740129200041
注：对比实例一的制备条件与实施例一、二、三相同；对比实例二的制备条件与实施例四相同；对比实例三的制备条件与实施例五、六、七相同。
从表1可以看出，本发明实施例Nb2O5-Al2O3二元体系陶瓷材料，其抗热震性能明显优于纯Nb2O5陶瓷材料。

Claims (5)

1.一种高抗热震陶瓷材料，其特征在于按照摩尔百分含量其组成为：Al2O35.5～30mol%、Nb2O570～94.5mol%。
2.根据权利要求1所述的高抗热震陶瓷材料，其特征在于按照摩尔百分含量其组成为：Al2O310～15mol%、Nb2O585～90mol%。
3.根据权利要求1所述的高抗热震陶瓷材料，其特征在于按照摩尔百分含量其组成为：5.5mol%≤Al2O3≤7mol%、93mol%≤Nb2O5≤94.5mol%。
4.根据权利要求1所述的高抗热震陶瓷材料，其特征在于按照摩尔百分含量其组成为：7mol%＜Al2O3≤14mol%、86mol%≤Nb2O5＜93mol%。
5.根据权利要求1所述的高抗热震陶瓷材料，其特征在于按照摩尔百分含量其组成为：14mol%＜Al2O3≤30mol%、70mol%≤Nb2O5＜86mol%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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