CN105330269B - 一种高塑性耐磨陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种高塑性耐磨陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高塑性耐磨陶瓷材料及其制备方法，首先称取氧化钕3‑9份、氧化铝5‑12份、二氧化硅20‑38份、氧化锆3‑8份、氧化硼2‑7份和氧化钍1‑6份在球磨机中混合，得混合物A；将混合物A、环己烷二羧酸壬酯8‑16份和2‑甲基‑2‑硝基‑1‑丙醇23‑35份加入反应器中加热搅拌反应；继续向反应器中加入邻苯二甲酸醋酸纤维素12‑18份和羟乙基甲基纤维素15‑25份，在温度120‑150℃下搅拌反应；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；混合粉体B在80‑95MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950‑1000℃下焙烧5‑8h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。本陶瓷材料既保持了现有陶瓷材料高熔点、高硬度、耐氧化等优点，同时又具有良好的可塑性和耐磨性能。

Description

一种高塑性耐磨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，涉及一种高塑性耐磨陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料具有高熔点、高硬度、耐氧化等优点，它是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，其可用作结构材料、刀具材料等。现有陶瓷主要分为普通材料的和特种材料两种陶瓷材料。普通材料就是指采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧；普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。特种材料指的是采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。然而，目前现有陶瓷材料中虽然基本很多优点，但是可塑性较差，在一定程度上限制了其进一步应用。
发明内容
针对现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种高塑性耐磨陶瓷材料及其制备方法，目的在于既保持了现有陶瓷材料高熔点、高硬度、耐氧化等优点，同时又具有良好的可塑性和耐磨性能，进一步扩大了该陶瓷材料的应用领域。
技术方案：
一种高塑性耐磨陶瓷材料，包含以下重量份数的成分：氧化钕3-9份、氧化铝5-12份、二氧化硅20-38份、氧化锆3-8份、氧化硼2-7份、氧化钍1-6份、邻苯二甲酸醋酸纤维素12-18份、羟乙基甲基纤维素15-25份、环己烷二羧酸壬酯8-16份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇23-35份。
进一步的，所述氧化钕5-7份、氧化铝7-10份、二氧化硅30-35份、氧化锆4-6份、氧化硼3-5份、氧化钍2-4份、邻苯二甲酸醋酸纤维素14-16份、羟乙基甲基纤维素18-22份、环己烷二羧酸壬酯10-13份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇25-30份。
一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕3-9份、氧化铝5-12份、二氧化硅20-38份、氧化锆3-8份、氧化硼2-7份和氧化钍1-6份，在球磨机中以150-250r/min混合2-4h，得混合物A;
S2：将步骤S1中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯8-16份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇23-35份加入反应器中，加热至60-85℃，在不断搅拌下反应0.5-1h；
S3：将邻苯二甲酸醋酸纤维素12-18份和羟乙基甲基纤维素15-25份加入步骤S2中所述反应器中，在温度120-150℃下搅拌反应1-3h；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在80-95MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950-1000℃下焙烧5-8h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
进一步的，步骤S1中所述球磨机的转速为220r/min。
进一步的，步骤S2中所述搅拌的速率为150-200r/min，加热至80-82℃。
进一步的，步骤S3中所述温度为135-138℃，所述搅拌的速率为300-350r/min。
进一步的，步骤S4中所述压制成型的压力为90-92MPa。
进一步的，步骤S4中所述焙烧的时间为5.5-6.5h。
有益效果：本发明所述一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，通过在常用陶瓷材料成分中加入邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟乙基甲基纤维素、环己烷二羧酸壬酯和2-甲基-2-硝基-1-丙醇，提高了传统陶瓷材料的可塑性，同时兼有高耐磨性、高熔点、高硬度等优点，扩大陶瓷材料的应用范围；本发明所述陶瓷材料的可塑性指标为3.6-4.5，硬度为6.5-7.5。
具体实施方式
实施例1
一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕3份、氧化铝5份、二氧化硅20份、氧化锆3份、氧化硼2份和氧化钍1份，在球磨机中以150r/min混合4h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯8份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇23份加入反应器中，加热至60℃，在150r/min不断搅拌下反应0.5h；
S3：将邻苯二甲酸醋酸纤维素12份和羟乙基甲基纤维素15份加入步骤S2中所述反应器中，在温度120℃下，以300r/min的速率搅拌反应1h；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在80MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950℃下焙烧8h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
经检测，本实施例1所述陶瓷材料的可塑性指标为3.6，硬度为6.5。
对比例1
陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕3份、氧化铝5份、二氧化硅20份、氧化锆3份、氧化硼2份和氧化钍1份，在球磨机中以150r/min混合4h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在80MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950℃下焙烧8h，即可得到对比例1陶瓷材料。
经检测，本对比例1所述陶瓷材料的可塑性指标为0.8，硬度为6.8。
实施例2
一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕9份、氧化铝12份、二氧化硅38份、氧化锆8份、氧化硼7份和氧化钍6份，在球磨机中以250r/min混合2h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯16份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇35份加入反应器中，加热至85℃，在200r/min不断搅拌下反应1h；
S3：将邻苯二甲酸醋酸纤维素18份和羟乙基甲基纤维素25份加入步骤S2中所述反应器中，在温度150℃下，以350r/min的速率搅拌反应3h；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在95MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中1000℃下焙烧5h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
经检测，本实施例2所述陶瓷材料的可塑性指标为3.9，硬度为6.8。
对比例2
陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕9份、氧化铝12份、二氧化硅38份、氧化锆8份、氧化硼7份和氧化钍6份，在球磨机中以180r/min混合4h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在95MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中1000℃下焙烧5h，即可得到对比例2陶瓷材料。
经检测，本对比例2所述陶瓷材料的可塑性指标为1.0，硬度为6.9。
实施例3
一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕5份、氧化铝7份、二氧化硅30份、氧化锆4份、氧化硼3份和氧化钍2份，在球磨机中以230r/min混合3h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯10份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇25份加入反应器中，加热至75℃，在200r/min不断搅拌下反应1h；
S3：将邻苯二甲酸醋酸纤维素14份和羟乙基甲基纤维素18份加入步骤S2中所述反应器中，在温度135℃下，以300r/min的速率搅拌反应1h；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在92MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950℃下焙烧5.5h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
经检测，本实施例3所述陶瓷材料的可塑性指标为4.0，硬度为7.1。
实施例4
一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕7份、氧化铝10份、二氧化硅35份、氧化锆6份、氧化硼5份和氧化钍4份，在球磨机中以250r/min混合2h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯13份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇30份加入反应器中，加热至85℃，在200r/min不断搅拌下反应1h；
S3：将邻苯二甲酸醋酸纤维素16份和羟乙基甲基纤维素22份加入步骤S2中所述反应器中，在温度138℃下，以350r/min的速率搅拌反应1h；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在90MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950℃下焙烧6.5h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
经检测，本实施例4所述陶瓷材料的可塑性指标为4.1，硬度为7.1。
实施例5
一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，包含如下步骤：
S1：分别称取氧化钕6份、氧化铝8份、二氧化硅33份、氧化锆5份、氧化硼4份和氧化钍3份，在球磨机中以220r/min混合3h，得混合物A；
S2：将步骤S1中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯11份和2-甲基-2-硝基-1-丙醇28份加入反应器中，加热至75℃，在200r/min不断搅拌下反应1h；
S3：将邻苯二甲酸醋酸纤维素15份和羟乙基甲基纤维素20份加入步骤S2中所述反应器中，在温度136℃下，以330r/min的速率搅拌反应1h；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B；
S4：将步骤S3中所述的混合粉体B在92MPa压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中980℃下焙烧6h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
经检测，本实施例5所述陶瓷材料的可塑性指标为4.5，硬度为7.5。

Claims (8)

1.一种高塑性耐磨陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份数的成分组成：氧化钕3-9份、氧化铝5-12 份、二氧化硅20-38 份、氧化锆3-8 份、氧化硼2-7 份、氧化钍1-6 份、邻苯二甲酸醋酸纤维素12-18 份、羟乙基甲基纤维素15-25 份、环己烷二羧酸壬酯8-16 份和2-甲基-2- 硝基-1- 丙醇23-35 份。
2.根据权利要求1 所述的一种高塑性耐磨陶瓷材料，其特征在于，所述氧化钕5-7 份、氧化铝7-10 份、二氧化硅30-35 份、氧化锆4-6 份、氧化硼3-5 份、氧化钍2-4 份、邻苯二甲酸醋酸纤维素14-16 份、羟乙基甲基纤维素18-22 份、环己烷二羧酸壬酯10-13 份和2-甲基-2- 硝基-1- 丙醇25-30 份。
3.一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1 ：分别称取氧化钕3-9 份、氧化铝5-12 份、二氧化硅20-38 份、氧化锆3-8 份、氧化硼2-7 份和氧化钍1-6 份，在球磨机中以150-250r/min 混合2-4h，得混合物A;
S2 ：将步骤S1 中所述的混合物A、环己烷二羧酸壬酯8-16 份和2- 甲基-2- 硝基-1-丙醇23-35 份加入反应器中，加热至60-85℃，在不断搅拌下反应0.5-1h ；
S3 ：将邻苯二甲酸醋酸纤维素12-18 份和羟乙基甲基纤维素15-25 份加入步骤S2 中所述反应器中，在温度120-150℃下搅拌反应1-3h ；随后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉体B ；
S4 ：将步骤S3 中所述的混合粉体B 在80-95MPa 压力下压制成型；之后在氮气保护下放入马弗炉中950-1000℃下焙烧5-8h，即可得到所述高塑性耐磨陶瓷材料。
4.根据权利要求3 所述的一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述球磨机的转速为220r/min。
5.根据权利要求3 所述的一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述搅拌的速率为150-200r/min，加热至80-82℃。
6.根据权利要求3 所述的一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述温度为135-138℃，所述搅拌的速率为300-350r/min。
7.根据权利要求3 所述的一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述压制成型的压力为90-92MPa。
8.根据权利要求3 所述的一种高塑性耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述焙烧的时间为5.5-6.5h。
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