CN104628405B - 一种韧性复合陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种韧性复合陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料由以下质量份的各组分组成：高岭土50‑68份，石英砂8‑26份，长石粉10‑33份，绢云母5‑18份，铬丝3‑17份，铝片1‑12份，碳粉4‑15份，玻璃渣3‑14份。制备方法：按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过筛，在混合机中混匀，得到混合物；加入混合物总质量份2‑4倍的蒸馏水，倒入模具中干燥；再烧结至800‑1000℃，保温后取出，冷却后即得。本发明制得的陶瓷材料可以提高陶瓷材料硬度，冲击韧性和阻尼，从而达到增强韧性的目的。

Description

一种韧性复合陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种韧性复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。
传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。
硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。虽然传统陶瓷具有耐高温，耐腐蚀的优点，但是其韧性较差，容易打碎。
发明内容
为了克服以上现有技术的不足，本发明提供了一种韧性复合陶瓷材料及其制备方法，可以提高陶瓷材料硬度，冲击韧性和阻尼，从而达到增强韧性的目的。
本发明采用的技术方案是：一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土50-68份，石英砂8-26份，长石粉10-33份，绢云母5-18份，铬丝3-17份，铝片1-12份，碳粉4-15份，玻璃渣3-14份。
优选的，一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土54-61份，石英砂10-22份，长石粉18-31份，绢云母6-13份，铬丝6-12份，铝片2-11份，碳粉7-13份，玻璃渣5-13份。
更优选的，一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土60份，石英砂15份，长石粉30份，绢云母9份，铬丝9份，铝片3份，碳粉12份，玻璃渣12份。
一种韧性复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份2-4倍的蒸馏水，倒入模具中干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至800-1000℃，保温后取出，冷却后即得。
上述步骤（1）过筛过程中筛网的目数为80-120目。
上述步骤（2）中干燥的温度为130-150℃。
上述步骤（3）中保温时间为60-85min。
有益效果：本发明通过各组分的协同作用提高了陶瓷材料硬度，冲击韧性和阻尼，从而达到增强韧性的目的，其中硬度在1252-1395 Kgf/mm2之间，冲击韧性ak值在0.247-0.424 J/cm2之间，阻尼在0.191-1395之间。
具体实施方式
实施例1
一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土50份，石英砂8份，长石粉10份，绢云母5份，铬丝3份，铝片1份，碳粉4份，玻璃渣3份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过80目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份2倍的蒸馏水，倒入模具中，130℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至800℃，保温60min后取出，冷却后即得。
实施例2
一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土68份，石英砂26份，长石粉33份，绢云母18份，铬丝17份，铝片12份，碳粉15份，玻璃渣14份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过120目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份4倍的蒸馏水，倒入模具中， 150℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至1000℃，保温85min后取出，冷却后即得。
实施例3
一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土54份，石英砂10份，长石粉18份，绢云母6份，铬丝6份，铝片2份，碳粉7份，玻璃渣5份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过90目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份2倍的蒸馏水，倒入模具中，135℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至850℃，保温65min后取出，冷却后即得。
实施例4
一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土61份，石英砂22份，长石粉31份，绢云母13份，铬丝12份，铝片11份，碳粉13份，玻璃渣13份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过110目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份4倍的蒸馏水，倒入模具中，145℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至950℃，保温80min后取出，冷却后即得。
实施例5
一种韧性复合陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土60份，石英砂15份，长石粉30份，绢云母9份，铬丝9份，铝片3份，碳粉12份，玻璃渣12份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过100目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份3倍的蒸馏水，倒入模具中，140℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至900℃，保温72min后取出，冷却后即得。
对比例1
与实施例5的区别是未添加碳粉。
一种陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土60份，石英砂15份，长石粉30份，绢云母9份，铬丝9份，铝片3份，玻璃渣12份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片和玻璃渣粉碎后过100目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份3倍的蒸馏水，倒入模具中，140℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至900℃，保温72min后取出，冷却后即得。
对比例2
与实施例5的区别是未添加铝片。
一种陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土60份，石英砂15份，长石粉30份，绢云母9份，铬丝9份，碳粉12份，玻璃渣12份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、碳粉和玻璃渣粉碎后过100目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份3倍的蒸馏水，倒入模具中，140℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至900℃，保温72min后取出，冷却后即得。
对比例3
与实施例5的区别是未添加玻璃渣。
一种陶瓷材料，由以下质量份的各组分组成：高岭土60份，石英砂15份，长石粉30份，绢云母9份，铬丝9份，铝片3份，碳粉12份。
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片和碳粉粉碎后过100目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份3倍的蒸馏水，倒入模具中，140℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至900℃，保温72min后取出，冷却后即得。
性能测试：
实施例1-5、对比例1-3制得的陶瓷材料和普通陶瓷性能结果如下表所示：
硬度Hv（维氏硬度测量法）Kgf/mm2 冲击韧性ak值（打断实验）J/cm2 阻尼η（阻尼器测量）
实施例1 1252 0.345 0.191
实施例2 1309 0.374 0.211
实施例3 1365 0.247 0.219
实施例4 1227 0.289 0.208
实施例5 1395 0.424 0.259
对比例1 1136 0.206 0.250
对比例2 1098 0.217 0.186
对比例3 1204 0.233 0.171
普通陶瓷 1023 0.205 0.135
从上表中可以看出：本发明制得的陶瓷材料硬度在1252-1395 Kgf/mm2之间，冲击韧性ak值在0.247-0.424 J/cm2之间，阻尼在0.191-1395之间，远高于普通的陶瓷材料；对比例1实施例5的区别是未添加碳粉，由于碳粉的韧性较好，且碳粉有润滑剂的作用，在陶瓷基体内部，使得分子间滑移增强，因此未添加碳粉制成的陶瓷材料硬度和ak值较低；对比例2实施例5的区别是未添加铝片，制成的陶瓷材料硬度、ak值和阻尼较低，主要是由于铝在金属中属于韧性较好的金属材料，较多的铝片进入陶瓷基体会使陶瓷的硬度、ak值和阻尼增加；对比例3实施例5的区别是未添加玻璃渣，制成的陶瓷材料硬度、ak值和阻尼较低。由此可知本发明通过各组分的协同作用提高了陶瓷材料硬度，冲击韧性和阻尼，从而达到增强韧性的目的。

Claims (1)

1.一种韧性复合陶瓷材料，其特征在于，由以下质量份的各组分组成：高岭土60份，石英砂15份，长石粉30份，绢云母9份，铬丝9份，铝片3份，碳粉12份，玻璃渣12份；
制备方法：
（1）按上述质量份，将高岭土、石英砂、长石粉、绢云母、铬丝、铝片、碳粉和玻璃渣粉碎后过100目筛，在混合机中混匀，得到混合物；
（2）向步骤（1）所得混合物中加入混合物总质量份3倍的蒸馏水，倒入模具中，140℃温度条件下干燥，得到半成品；
（3）将步骤（2）所得半成品烧结至900℃，保温72min后取出，冷却后即得。
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