CN105174987A - 一种陶瓷胎体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷胎体。一种陶瓷胎体，由92-98％的基础原料、1-6％的增强剂和0.5-3％的助剂制成；基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅15-25份、二氧化硅15-20份、黄锈石6-10份、碳化锆6-10份、碳化硅6-8份、蓝方石30-60份、硼酸镁晶须2-4份、二硒化钨3-6份、氧化锌5-7份、超细钼粉6-8份、聚乙烯蜡1-2份、硼酸酯偶联剂5-10、酒石酸3-7份、酚醛树脂4-7份、三缩水甘油酯2-3份、羧甲基纤维素5-10份和水玻璃3-6份。本发明的陶瓷胎体具有很好的化学稳定性，很好的机械强度之外，还兼具较好的韧性，抗摔性能，制造成本远低于纳米陶瓷材料，使用寿命长。

Description

一种陶瓷胎体

技术领域

本发明涉及一种陶瓷胎体以及其制备方法。

背景技术

现有的陶瓷胎体烧制的比较粗糙，性能比较脆，不仅存在强度低、易碎等问题，而且不进行内外施釉的情况下，陶瓷胎体还不耐磨，易出现老化开裂等不足。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种高性能的陶瓷胎体，该陶瓷胎体在不施釉的情况下，表面应当大，强度好，高耐磨性、并且具有一定的韧性，非常抗摔；同时这种陶瓷胎体还表现出优异的化学稳定性，使用寿命长。

本发明的另一个发明目的在于提供一种上述陶瓷胎体的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种陶瓷胎体，由92-98％的基础原料、1-6％的增强剂和0.5-3％的助剂制成；其中按照重量份数计，基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅15-25份、二氧化硅15-20份、黄锈石6-10份、碳化锆6-10份、碳化硅6-8份、蓝方石30-60份、硼酸镁晶须2-4份、二硒化钨3-6份、氧化锌5-7份、超细钼粉6-8份、聚乙烯蜡1-2份、硼酸酯偶联剂5-10、酒石酸3-7份、酚醛树脂4-7份、三缩水甘油酯2-3份、羧甲基纤维素5-10份和水玻璃3-6份；

按照重量份数计，增强剂由以下重量份的原料制成：紫砂泥15-20份、锂皮石15-20份、硼铝石6-10份、蛇纹石尾矿6-8份、丙二醇脂肪酸酯2-3份、聚丙烯酸1-4份、水镁石纤维2-3份和磷酸二氢钙2-3份；

按照重量份数计，助剂由以下重量份的原料制成：氧化铝15-25份、碳酸钇1-3份，二硅化钼6-8份、氧化铜5-10份、石膏2-5份、骨粉2-3份、聚丙烯酸钠0.5-0.8份、丁苯橡胶乳胶2-4份、聚乙二醇1-3份、甘油2-4份和水适量。

进一步地，所述增强剂的制备方法步骤如下：

A、将紫砂泥、锂皮石、水镁石纤维、硼铝石和蛇纹石尾矿混合、球磨，磨至过300目筛，获得混合粉料；

B、将丙二醇脂肪酸酯、聚丙烯酸和磷酸二氢钙加水混合，加热并搅拌至溶解，得到浆液；

C、将步骤A的混合粉料和B中的浆液混合，进行超声分散10-15分钟，干燥、粉碎得到粉碎物；

D、在氮气保护气的氛围下，于1300-1500℃之间煅烧25-35分钟，送入粉碎机粉碎，过40目筛，得到增强剂。

进一步地，所述助剂的制备方法如下：将氧化铝、碳酸钇、二硅化钼、氧化铜、石膏和骨粉加入湿料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，将混合好后的浆料加入胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入上述助剂的剩余组分搅拌均匀，制成粉末颗粒的助剂成品。

作为优选，β相氮化硅的制备方法如下：将硅粉在温度为95～99℃的条件下干燥处理10～11个小时，然后以硅粉为基准，氯化铵按照11～12％的重量百分比添加到干燥后的硅粉中，然后将氯化铵和硅粉的混合物送入氮化炉中，向氮化炉中充入干燥的氮气，将氮化炉中的温度调至1260～1290℃，压强调至0.12～0.14MPa，保持18～20小时，然后自然降温，待冷却后取出β相氮化硅的成品。采用该方法制备β相氮化硅，在低压条件下反应安全性好，氮化硅转化率可以达到99.3％，β相的氮化硅能达到99.5％，远远高出现有的转化率，产品的纯度高。

进一步地，所述硅粉的细度小于25微米。

作为优选，β相氮化硅的制备方法如下：将20～40份氮化硅粉、20～40份硅粉和5～10份碳酰胺混合均匀，然后将该混合物置于压强为7.5～8.5MPa的氮气环境下燃烧50～55分钟。采用该方法制备β相氮化硅，反应时间短，降低了成产周期，提高了工作效率。

进一步的，所述氮化硅粉细度小于25微米，硅粉细度小于25微米。

一种上述陶瓷胎体的制备方法，包括如下步骤：

a、将β相氮化硅、二氧化硅、黄锈石、碳化锆、碳化硅、蓝方石、硼酸镁晶须、二硒化钨和氧化锌混合，加入适量无水乙醇，进行湿混球磨，烘干得到粉体；

b、将聚乙烯蜡、硼酸酯偶联剂、酒石酸、酚醛树脂、三缩水甘油酯、羧甲基纤维素、水玻璃以及适量的无水乙醇混合，搅拌至溶解后得到浆料；

c、将步骤a的粉体和b的浆料、增强剂、助剂以及其他剩余组分在球磨机中湿混球磨；再烘干，得到制造陶瓷坯的原料粉；

d、将步骤c干燥后的原料粉送入模具，加压压制成胚料；

e、将胚料放入真空高温烧结炉中，在保护气的保护下进行烧结，烧结温度为1700-1900℃，保温3小时以上，再自然降温至1500℃以下，随炉冷却得到陶瓷胎体。

进一步的，所述步骤d中加压压制的压力在20-30MPa下，预压时间控制在30-60s；所述步骤e步骤中的保护气体是氩气。

采用了上述技术方案的陶瓷胎体，与现有的普通瓷胎相比，具有下有益效果：

一、本发明以二氧化硅和蓝方石为主要原料，添加了黄锈石、硼酸镁晶须、二硒化钨、氧化锌和超细钼粉，有助于提升陶瓷胎体整体机械强度，还改善其耐腐蚀和耐热性，延长使用寿命，同时降低使用成本。

二、本发明以二氧化硅和蓝方石为主要原料，依靠添加增强剂、碳化锆、碳化硅和β相氮化硅进一步提高其强度，而利用助剂以及聚乙烯蜡、硼酸酯偶联剂、酒石酸、酚醛树脂、三缩水甘油酯和水玻璃，是为了在优异的机械强度基础上保证陶瓷胎体材料制备的稳定性。

三、本发明中添加碳化锆、羧甲基纤维素、β相氮化硅和碳化硅等还具有提高陶瓷胎体材料耐高温、耐强腐蚀、耐高热震性能和耐磨性能的作用。另外，二硒化钨、氧化锌、超细钼粉以及增强剂的共同作用下，加之上述聚乙烯蜡、硼酸酯偶联剂、酒石酸、酚醛树脂、三缩水甘油酯和水玻璃在稳定性上起到的协调增效作用，使得本发明的瓷胎材料一改现有的易碎脆性，即除了具有很好的耐高温、耐腐蚀抗氧化等化学稳定性外，还具有较好的韧性、非常抗摔。

综上所述，本发明的陶瓷胎体具有很好的化学稳定性，很好的机械强度之外，还兼具较好的韧性，非常抗摔，制造成本远低于纳米陶瓷材料，使用寿命长，另外，还使得陶瓷胎体在制造陶瓷制品的应用范围扩大。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

一种陶瓷胎体，由94％的基础原料、3％的增强剂和3％的助剂制成；其中按照重量份数计，基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅16份、二氧化硅18份、黄锈石7份、碳化锆8份、碳化硅7份、蓝方石55份、硼酸镁晶须3份、二硒化钨5份、氧化锌6份、超细钼粉8份、聚乙烯蜡2份、硼酸酯偶联剂8、酒石酸6份、酚醛树脂5份、三缩水甘油酯2份、羧甲基纤维素6份和水玻璃5份；

按照重量份数计，增强剂由以下重量份的原料制成：紫砂泥17份、锂皮石18份、硼铝石9份、蛇纹石尾矿7份、丙二醇脂肪酸酯3份、聚丙烯酸2份、水镁石纤维2份和磷酸二氢钙3份；

按照重量份数计，助剂由以下重量份的原料制成：氧化铝19份、碳酸钇3份，二硅化钼6份、氧化铜7份、石膏4份、骨粉2份、聚丙烯酸钠0.6份、丁苯橡胶乳胶3份、聚乙二醇2份、甘油3份和水适量。

上述骨粉具体可以是牛骨粉或羊骨粉。

上述增强剂的制备方法步骤如下：

A、将紫砂泥、锂皮石、水镁石纤维、硼铝石和蛇纹石尾矿混合、球磨，磨至过300目筛，获得混合粉料；

B、将丙二醇脂肪酸酯、聚丙烯酸和磷酸二氢钙加水混合，加热并搅拌至溶解，得到浆液；

C、将步骤A的混合粉料和B中的浆液混合，进行超声分散10-15分钟，干燥、粉碎得到粉碎物；

D、在氮气保护气的氛围下，于1350-1400℃之间煅烧30分钟，送入粉碎机粉碎，过40目筛，得到增强剂。

上述助剂的制备方法如下：将氧化铝、碳酸钇、二硅化钼、氧化铜、石膏和骨粉加入湿料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，将混合好后的浆料加入胶磨机中研磨过150目筛，加热干燥除去水分，再加入上述助剂的剩余组分搅拌均匀，制成粉末颗粒的助剂成品。

β相氮化硅的制备方法如下：将硅粉在温度为96℃的条件下干燥处理10.5个小时，所述硅粉的细度小于25微米，然后以硅粉为基准，氯化铵按照11％的重量百分比添加到干燥后的硅粉中，然后将氯化铵和硅粉的混合物送入氮化炉中，向氮化炉中充入干燥的氮气，将氮化炉中的温度调至1275℃，压强调至0.13MPa，保持19小时，然后自然降温，待冷却后取出β相氮化硅的成品。

陶瓷胎体的制备方法，包括如下步骤：

a、将β相氮化硅、二氧化硅、黄锈石、碳化锆、碳化硅、蓝方石、硼酸镁晶须、二硒化钨和氧化锌混合，加入适量无水乙醇，进行湿混球磨，烘干得到粉体；

b、将聚乙烯蜡、硼酸酯偶联剂、酒石酸、酚醛树脂、三缩水甘油酯、羧甲基纤维素、水玻璃以及适量的无水乙醇混合，搅拌至溶解后得到浆料；

c、将步骤a的粉体和b的浆料、增强剂、助剂以及其他剩余组分在球磨机中湿混球磨；再烘干，得到制造陶瓷坯的原料粉；

d、将步骤c干燥后的原料粉送入模具，加压压制成胚料，压制的压力在20-30MPa下，预压时间控制在30-60s；

e、将胚料放入真空高温烧结炉中，在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1700-1900℃，保温3小时以上，再自然降温至1500℃以下，随炉冷却得到陶瓷胎体。

实施例2：

在实施例1的基础上，将陶瓷胎体的组分替换为：

陶瓷胎体由93％的基础原料、5％的增强剂和2％的助剂制成；其中按照重量份数计，基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅24份、二氧化硅19份、黄锈石9份、碳化锆8份、碳化硅6份、蓝方石32份、硼酸镁晶须4份、二硒化钨5份、氧化锌7份、超细钼粉6份、聚乙烯蜡2份、硼酸酯偶联剂6、酒石酸4份、酚醛树脂6份、三缩水甘油酯2份、羧甲基纤维素6份和水玻璃5份；

按照重量份数计，增强剂由以下重量份的原料制成：紫砂泥16份、锂皮石19份、硼铝石9份、蛇纹石尾矿6份、丙二醇脂肪酸酯3份、聚丙烯酸3份、水镁石纤维2份和磷酸二氢钙2份；

按照重量份数计，助剂由以下重量份的原料制成：氧化铝23份、碳酸钇2份，二硅化钼7份、氧化铜7份、石膏4份、骨粉2份、聚丙烯酸钠0.6份、丁苯橡胶乳胶4份、聚乙二醇1份、甘油2份和水适量。

实施例3：

在实施例1的基础上，将陶瓷胎体的组分替换为：

陶瓷胎体由97％的基础原料、2％的增强剂和1％的助剂制成；其中按照重量份数计，基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅18份、二氧化硅19份、黄锈石8份、碳化锆7份、碳化硅7份、蓝方石40份、硼酸镁晶须3份、二硒化钨4份、氧化锌7份、超细钼粉7份、聚乙烯蜡1.5份、硼酸酯偶联剂8、酒石酸3份、酚醛树脂5份、三缩水甘油酯2.5份、羧甲基纤维素9份和水玻璃4份；

按照重量份数计，增强剂由以下重量份的原料制成：紫砂泥16份、锂皮石17份、硼铝石9份、蛇纹石尾矿8份、丙二醇脂肪酸酯2份、聚丙烯酸1份、水镁石纤维2份和磷酸二氢钙2.5份；

按照重量份数计，助剂由以下重量份的原料制成：氧化铝16份、碳酸钇3份，二硅化钼7份、氧化铜6份、石膏4份、骨粉2份、聚丙烯酸钠0.6份、丁苯橡胶乳胶4份、聚乙二醇2份、甘油3份和水适量。

实施例4：

在实施例1的基础上，将陶瓷胎体的组分替换为：

陶瓷胎体由95％的基础原料、4％的增强剂和1％的助剂制成；其中按照重量份数计，基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅21份、二氧化硅16份、黄锈石9份、碳化锆7份、碳化硅7份、蓝方石50份、硼酸镁晶须2份、二硒化钨6份、氧化锌5份、超细钼粉6份、聚乙烯蜡1份、硼酸酯偶联剂6、酒石酸6份、酚醛树脂5份、三缩水甘油酯2份、羧甲基纤维素9份和水玻璃5份；

按照重量份数计，增强剂由以下重量份的原料制成：紫砂泥16份、锂皮石19份、硼铝石8份、蛇纹石尾矿7份、丙二醇脂肪酸酯2份、聚丙烯酸3份、水镁石纤维2份和磷酸二氢钙2份；

按照重量份数计，助剂由以下重量份的原料制成：氧化铝18份、碳酸钇2份，二硅化钼7份、氧化铜9份、石膏3份、骨粉3份、聚丙烯酸钠0.7份、丁苯橡胶乳胶3份、聚乙二醇2份、甘油3份和水适量。

实施例5：

在实施例1的基础上，将β相氮化硅的制备方法替换为：

将硅粉在温度为98℃的条件下干燥处理10.2个小时，所述硅粉的细度小于25微米，然后以硅粉为基准，氯化铵按照11.8％的重量百分比添加到干燥后的硅粉中，然后将氯化铵和硅粉的混合物送入氮化炉中，向氮化炉中充入干燥的氮气，将氮化炉中的温度调至1285℃，压强调至0.14MPa，保持18.5小时，然后自然降温，待冷却后取出β相氮化硅的成品。

实施例6：

在实施例1的基础上，将β相氮化硅的制备方法替换为：

将硅粉在温度为96℃的条件下干燥处理10.8个小时，所述硅粉的细度小于25微米，然后以硅粉为基准，氯化铵按照11.2％的重量百分比添加到干燥后的硅粉中，然后将氯化铵和硅粉的混合物送入氮化炉中，向氮化炉中充入干燥的氮气，将氮化炉中的温度调至1265℃，压强调至0.13MPa，保持19.5小时，然后自然降温，待冷却后取出β相氮化硅的成品。

实施例7：

在实施例1的基础上，将β相氮化硅的制备方法替换为：

将25份氮化硅粉、30份硅粉和6份碳酰胺混合均匀，然后将该混合物置于压强为8MPa的氮气环境下燃烧53分钟。所述氮化硅粉细度小于25微米，硅粉细度小于25微米。

实施例8：

在实施例1的基础上，将β相氮化硅的制备方法替换为：

β相氮化硅的制备方法如下：将22份氮化硅粉、35份硅粉和8份碳酰胺混合均匀，然后将该混合物置于压强为7.8MPa的氮气环境下燃烧52分钟。所述氮化硅粉细度小于25微米，硅粉细度小于25微米。

实施例9：

在实施例1的基础上，将β相氮化硅的制备方法替换为：

β相氮化硅的制备方法如下：将35份氮化硅粉、25份硅粉和9份碳酰胺混合均匀，然后将该混合物置于压强为8.3MPa的氮气环境下燃烧52分钟。所述氮化硅粉细度小于25微米，硅粉细度小于25微米。

表1：实施例1-N制得的相同陶瓷胎体的主要性能检测结果：

Claims (9)

1.一种陶瓷胎体，其特征在于：由92-98％的基础原料、1-6％的增强剂和0.5-3％的助剂制成；其中按照重量份数计，基础原料由以下重量份组成：β相氮化硅15-25份、二氧化硅15-20份、黄锈石6-10份、碳化锆6-10份、碳化硅6-8份、蓝方石30-60份、硼酸镁晶须2-4份、二硒化钨3-6份、氧化锌5-7份、超细钼粉6-8份、聚乙烯蜡1-2份、硼酸酯偶联剂5-10、酒石酸3-7份、酚醛树脂4-7份、三缩水甘油酯2-3份、羧甲基纤维素5-10份和水玻璃3-6份；

按照重量份数计，增强剂由以下重量份的原料制成：紫砂泥15-20份、锂皮石15-20份、硼铝石6-10份、蛇纹石尾矿6-8份、丙二醇脂肪酸酯2-3份、聚丙烯酸1-4份、水镁石纤维2-3份和磷酸二氢钙2-3份；

按照重量份数计，助剂由以下重量份的原料制成：氧化铝15-25份、碳酸钇1-3份，二硅化钼6-8份、氧化铜5-10份、石膏2-5份、骨粉2-3份、聚丙烯酸钠0.5-0.8份、丁苯橡胶乳胶2-4份、聚乙二醇1-3份、甘油2-4份和水适量。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷胎体，其特征在于：

所述增强剂的制备方法步骤如下：

A、将紫砂泥、锂皮石、水镁石纤维、硼铝石和蛇纹石尾矿混合、球磨，磨至过300目筛，获得混合粉料；

B、将丙二醇脂肪酸酯、聚丙烯酸和磷酸二氢钙加水混合，加热并搅拌至溶解，得到浆液；

C、将步骤A的混合粉料和B中的浆液混合，进行超声分散10-15分钟，干燥、粉碎得到粉碎物；

D、在氮气保护气的氛围下，于1300-1500℃之间煅烧25-35分钟，送入粉碎机粉碎，过40目筛，得到增强剂。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷胎体，其特征在于：

所述助剂的制备方法如下：将氧化铝、碳酸钇、二硅化钼、氧化铜、石膏和骨粉加入湿料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，将混合好后的浆料加入胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入上述助剂的剩余组分搅拌均匀，制成粉末颗粒的助剂成品。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷胎体，其特征在于：

β相氮化硅的制备方法如下：将硅粉在温度为95～99℃的条件下干燥处理10～11个小时，然后以硅粉为基准，氯化铵按照11～12％的重量百分比添加到干燥后的硅粉中，然后将氯化铵和硅粉的混合物送入氮化炉中，向氮化炉中充入干燥的氮气，将氮化炉中的温度调至1260～1290℃，压强调至0.12～0.14MPa，保持18～20小时，然后自然降温，待冷却后取出β相氮化硅的成品。

5.根据权利要求4所述的一种陶瓷胎体，其特征在于：

所述硅粉的细度小于25微米。

6.根据权利要求1所述的一种陶瓷胎体，其特征在于：

β相氮化硅的制备方法如下：将20～40份氮化硅粉、20～40份硅粉和5～10份碳酰胺混合均匀，然后将该混合物置于压强为7.5～8.5MPa的氮气环境下燃烧50～55分钟。

7.根据权利要求6所述的一种陶瓷胎体，其特征在于：所述氮化硅粉细度小于25微米，硅粉细度小于25微米。

8.一种如权利要求1至7任一所述的陶瓷胎体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、将β相氮化硅、二氧化硅、黄锈石、碳化锆、碳化硅、蓝方石、硼酸镁晶须、二硒化钨和氧化锌混合，加入适量无水乙醇，进行湿混球磨，烘干得到粉体；

b、将聚乙烯蜡、硼酸酯偶联剂、酒石酸、酚醛树脂、三缩水甘油酯、羧甲基纤维素、水玻璃以及适量的无水乙醇混合，搅拌至溶解后得到浆料；

c、将步骤a的粉体和b的浆料、增强剂、助剂以及其他剩余组分在球磨机中湿混球磨；再烘干，得到制造陶瓷坯的原料粉；

d、将步骤c干燥后的原料粉送入模具，加压压制成胚料；

e、将胚料放入真空高温烧结炉中，在保护气的保护下进行烧结，烧结温度为1700-1900℃，保温3小时以上，再自然降温至1500℃以下，随炉冷却得到陶瓷胎体。

9.根据权利要求8所述的一种陶瓷胎体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

所述步骤d中加压压制的压力在20-30MPa下，预压时间控制在30-60s；

所述步骤e步骤中的保护气体是氩气。