CN104961445B - 一种坩埚用复合陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种坩埚用复合陶瓷材料及其制备方法，所述的复合陶瓷材料包括氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、碳化钽、硼化铪。制备方法包括以下步骤：（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理；（2）分别取球磨后的上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合；（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型；（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度为950‑1150℃，烧结时间为3h‑5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。

Description

一种坩埚用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领域，涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法，特别是涉及一种坩埚用复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
常规的陶瓷材料为粘土、石英、长石等硅酸盐类组成的材料，随着科技的进步，陶瓷原料已不再是单纯的天然矿物质材料，而是扩大到了人工化合物。目前，陶瓷材料是指除有机和金属材料之外的所有其他材料，即无机非金属材料。从化学成分上分，有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、复合瓷、金属陶瓷和纤维增强陶瓷等；从原料上分，有普通陶瓷（硅酸盐材料）和特种陶瓷（人工合成材料）；从用途和性能上分，有日用陶瓷、结构陶瓷和功能陶瓷等。
坩埚用陶瓷材料对其性质有着较高的要求，用于坩埚的陶瓷材料需要具备较为良好的导热性能，降低热量的损耗，同时也可以提高坩埚内物质的升温速度。另外还需要具备较高的机械强度，机械强度若过低，坩埚在使用中，也会产生破损等情况。因此，需要对坩埚用陶瓷材料的组成成分和工艺进行研发，提高坩埚陶瓷材料的机械强度和导热系数。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种坩埚用复合陶瓷材料及其制备方法，提高坩埚用陶瓷材料的导热系数，同时提高坩埚用陶瓷材料的机械强度，如抗折强度、抗压强度等，提供一种新的用于坩埚的陶瓷材料。
技术方案：本发明公开了一种坩埚用复合陶瓷材料，所述的坩埚用复合陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
氧化铝 12-19份、
氮化硼 8-16份、
硅酸铝 9-15份、
四氧化三铁 6-10份、
硅化镍 8-15份、
碳化钒 5-10份、
碳化钽 3-7份、
硼化铪 4-8份。
进一步的，所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，所述的坩埚用复合陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
氧化铝 14-18份、
氮化硼 9-13份、
硅酸铝 11-14份、
四氧化三铁 7-9份、
硅化镍 10-13份、
碳化钒 6-9份、
碳化钽 4-6份、
硼化铪 5-7份。
更进一步的，所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，所述的坩埚用复合陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
氧化铝 16份、
氮化硼 11份、
硅酸铝 12份、
四氧化三铁 8份、
硅化镍 11份、
碳化钒 8份、
碳化钽 5份、
硼化铪 6份。
一种坩埚用复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为20:1-50:1，球磨时间为1h-4h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝12-19份、氮化硼8-16份、硅酸铝9-15份、四氧化三铁6-10份、硅化镍8-15份、碳化钒5-10份、碳化钽3-7份、硼化铪4-8份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为190-250MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度为950-1150℃，烧结时间为3h-5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
所述的一种坩埚用复合陶瓷材料的制备方法，球磨机中球料比为40:1，球磨时间为2h。
所述的一种坩埚用复合陶瓷材料的制备方法，压制压力为210-230MPa。
所述的一种坩埚用复合陶瓷材料的制备方法，压制压力为220MPa。
所述的一种坩埚用复合陶瓷材料的制备方法，烧结炉温度为1100℃，烧结时间为4h。
有益效果：常规的坩埚用陶瓷材料的导热性能较差，本发明的坩埚用陶瓷材料的导热性能显著的优于常规的坩埚用陶瓷材料，具有非常高的导热系数。除了导热性能外，还有效的提高了坩埚用陶瓷材料的抗折强度和抗压强度，与常规的陶瓷材料相比，在相关强度上具有较大的优势。
具体实施方式
实施例1
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为50:1，球磨时间为1h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝19份、氮化硼16份、硅酸铝15份、四氧化三铁10份、硅化镍8份、碳化钒5份、碳化钽7份、硼化铪4份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为250MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度1150℃，烧结时间为5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
实施例2
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为20:1，球磨时间为4h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝12份、氮化硼8份、硅酸铝9份、四氧化三铁6份、硅化镍15份、碳化钒10份、碳化钽3份、硼化铪8份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为190MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度为950℃，烧结时间为3h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
实施例3
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为20:1，球磨时间为4h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝14份、氮化硼13份、硅酸铝14份、四氧化三铁7份、硅化镍13份、碳化钒6份、碳化钽6份、硼化铪5份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为210MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度为950℃，烧结时间为3h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
实施例4
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为50:1，球磨时间为1h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝18份、氮化硼9份、硅酸铝11份、四氧化三铁9份、硅化镍10份、碳化钒9份、碳化钽4份、硼化铪7份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为230MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度1150℃，烧结时间为5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
实施例5
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为40:1，球磨时间为2h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝16份、氮化硼11份、硅酸铝12份、四氧化三铁8份、硅化镍11份、碳化钒8份、碳化钽5份、硼化铪6份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为220MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度1100℃，烧结时间为4h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
对比例1
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为50:1，球磨时间为1h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝19份、氮化硼16份、硅酸铝15份、四氧化三铁10份、硅化镍8份、碳化钒5份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为250MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度1150℃，烧结时间为5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
对比例2
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为50:1，球磨时间为1h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝19份、氮化硼16份、硅酸铝15份、四氧化三铁10份、碳化钽7份、硼化铪4份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为250MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度1150℃，烧结时间为5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
分别测定了上述的陶瓷材料的导热系数和抗折强度和抗压强度，如下表：
导热系数W/(m·K) 抗压强度（MPa） 抗折强度（MPa）
实施例1 18.5 308 191
实施例2 18.9 306 189
实施例3 22.4 327 204
实施例4 21.7 331 209
实施例5 26.3 352 237
对比例1 12.1 254 162
对比例2 14.2 277 173
本发明的陶瓷材料中的硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪四种材料对陶瓷材料的导热系数、抗压强度和抗折强度都发挥着较为重要的作用。缺少上述四种成分的对比例，其导热系数和机械强度都降低明显。

Claims (5)

1.一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
氧化铝 12-19份、
氮化硼 8-16份、
硅酸铝 9-15份、
四氧化三铁 6-10份、
硅化镍 8-15份、
碳化钒 5-10份、
碳化钽 3-7份、
硼化铪 4-8份；
所述的一种坩埚用复合陶瓷材料通过下述的制备方法制备得到：
（1）分别取氧化铝、氮化硼、硅酸铝、四氧化三铁、硅化镍、碳化钒、 碳化钽、硼化铪，把上述的各陶瓷成分分别用球磨机进行球磨处理，球磨机中球料比为20:1-50:1，球磨时间为1h-4h；
（2）分别按重量取球磨后的氧化铝12-19份、氮化硼8-16份、硅酸铝9-15份、四氧化三铁6-10份、硅化镍8-15份、碳化钒5-10份、碳化钽3-7份、硼化铪4-8份，将上述的陶瓷成分投入高速混合机中进行机械混合，高速混合机转速为400r/min，高速混合至均匀；
（3）将混合均匀的陶瓷粉末成分用成型机进行压制成型，压制压力为190-250MPa；
（4）将压制成型后的陶瓷材料进行高温烧结，烧结炉温度为950-1150℃，烧结时间为3h-5h，烧结后为制备的坩埚用复合陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
氧化铝 14-18份、
氮化硼 9-13份、
硅酸铝 11-14份、
四氧化三铁 7-9份、
硅化镍 10-13份、
碳化钒 6-9份、
碳化钽 4-6份、
硼化铪 5-7份。
3.根据权利要求1所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
氧化铝 16份、
氮化硼 11份、
硅酸铝 12份、
四氧化三铁 8份、
硅化镍 11份、
碳化钒 8份、
碳化钽 5份、
硼化铪 6份。
4.根据权利要求1所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料的制备方法中球磨机中球料比为40:1，球磨时间为2h。
5.根据权利要求1所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料的制备方法中压制压力为210-230MPa。
6. 根据权利要求1所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料的制备方法中压制压力为220MPa。
7. 根据权利要求1所述的一种坩埚用复合陶瓷材料，其特征在于，所述的坩埚用复合陶瓷材料的制备方法中烧结炉温度为1100℃，烧结时间为4h。
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