CN106830883A - 一种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料及其制备方法，其由下列重量份的原料制成：钛1‑3份、二氧化钛1‑3份、稀土2‑5份、叶腊石3‑8份、高岭土5‑10份、硅质砂岩10‑15份、锂云母1‑3份、菱镁矿1‑2份、聚乙二醇1‑3份、钛酸钡1‑3份、硼酸钙2‑4份、甲基乙烯基二氯硅烷1‑2份、四乙二醇二甲醚2‑5份、分散剂1‑4份、稳定剂2‑5份、偶联剂1‑2份。制备而成的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料,其强度大，抗冲击力强，同时兼具抗静电性能。同时，还公开了这种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的制备方法。

Description

一种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及到一种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
金属陶瓷是硬质(陶瓷)相和强韧(粘接)相组织结构的一种复合材料。金属陶瓷中陶瓷相是多晶烧结材料，其致命弱点是脆性大、韧性不足。因此对高性能金属陶瓷材料的设计主要方向是克服脆性及提高韧性。金属陶瓷的陶瓷材料的强韧化方法主要有：颗粒增韧、纤维增韧、相变强化、晶须增韧等，此外最重要的，是在陶瓷相中引入的韧性金属作为粘结相，这也是“金属”陶瓷名称的缘由。为了能够使金属陶瓷的制作工艺更加简单化，本发明研制出一款添加有金属钛的复合陶瓷材料，不仅提高了陶瓷材料的性能和品质同时简化了陶瓷制作工艺流程，期望可以满足市场的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其强度大，抗冲击力强，同时兼具抗静电性能，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，由下列重量份的原料制成：钛1-3份、二氧化钛1-3份、稀土2-5份、叶腊石3-8份、高岭土5-10份、硅质砂岩10-15份、锂云母1-3份、菱镁矿1-2份、聚乙二醇1-3份、钛酸钡1-3份、硼酸钙2-4份、甲基乙烯基二氯硅烷1-2份、四乙二醇二甲醚2-5份、分散剂1-4份、稳定剂2-5份、偶联剂1-2份。
优选地，所述分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠、硅酸钠中的一种或几种。
优选地，所述稳定剂为氯硅酸钠复合物、硬脂酸锂、苯甲酸钙、月硅酸钙中的任意一种。
优选地，所述偶联剂选自磷酸氨苄酯、双十六烷基硼酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷 、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷 中的任意一种或几种。
所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为500-660℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为3-5小时，球磨机的转速为100-200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、分散剂一起加入高速加压匀质机中，转速3000-5000转/分钟，压强为1-2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、稳定剂、偶联剂注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8-10℃/分的升温速度升至660-720℃，然后在温度为660-720℃时保温60分钟，加压速度为0.05-0.1MPa/分，成型压力为2-5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2-4小时，即得成品。
优选地，所述筛孔径为200-300目。
优选地，所述保温箱温度为65-75℃。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，以叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿、钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙为主要成分，通过加入聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、分散剂、稳定剂、偶联剂，辅以加热处理、球磨粉碎、加压匀质、过筛分选、高温煅烧、去模脱蜡、养护成型等工艺，使得制备而成的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其强度大，抗冲击力强，同时兼具抗静电性能，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
（2）本发明的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）按照重量份称取钛1份、二氧化钛1份、稀土2份、叶腊石3份、高岭土5份、硅质砂岩10份、锂云母1份、菱镁矿1份、聚乙二醇1份、钛酸钡1份、硼酸钙2份、甲基乙烯基二氯硅烷1份、四乙二醇二甲醚2份、焦磷酸钠1份、氯硅酸钠复合物2份、磷酸氨苄酯1份；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为500℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为3小时，球磨机的转速为100转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、焦磷酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速3000转/分钟，压强为1MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为200目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、氯硅酸钠复合物、磷酸氨苄酯注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8℃/分的升温速度升至660℃，然后在温度为660℃时保温60分钟，加压速度为0.05MPa/分，成型压力为2MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2小时，即得成品，保温箱温度为65℃。
制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）按照重量份称取钛1份、二氧化钛2份、稀土3份、叶腊石4份、高岭土7份、硅质砂岩12份、锂云母2份、菱镁矿1份、聚乙二醇2份、钛酸钡2份、硼酸钙2份、甲基乙烯基二氯硅烷1份、四乙二醇二甲醚3份、正磷酸钠2份、硬脂酸锂3份、双十六烷基硼酸异丙酯1份；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为550℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为3.5小时，球磨机的转速为120转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、正磷酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速4000转/分钟，压强为1.3MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为220目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、硬脂酸锂、双十六烷基硼酸异丙酯注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8℃/分的升温速度升至680℃，然后在温度为680℃时保温60分钟，加压速度为0.07MPa/分，成型压力为3MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2.5小时，即得成品，保温箱温度为67℃。
制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）按照重量份称取钛2份、二氧化钛2份、稀土4份、叶腊石7份、高岭土9份、硅质砂岩14份、锂云母2份、菱镁矿2份、聚乙二醇2份、钛酸钡2份、硼酸钙3份、甲基乙烯基二氯硅烷2份、四乙二醇二甲醚4份、酒石酸钠3份、苯甲酸钙4份、乙烯基三乙氧基硅烷2份；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为600℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为4.5小时，球磨机的转速为170转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、酒石酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速4500转/分钟，压强为1.7MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为250目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、苯甲酸钙、乙烯基三乙氧基硅烷注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以9℃/分的升温速度升至700℃，然后在温度为700℃时保温60分钟，加压速度为0.09MPa/分，成型压力为4MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护3.5小时，即得成品，保温箱温度为72℃。
制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）按照重量份称取钛3份、二氧化钛3份、稀土5份、叶腊石8份、高岭土10份、硅质砂岩15份、锂云母3份、菱镁矿2份、聚乙二醇3份、钛酸钡3份、硼酸钙4份、甲基乙烯基二氯硅烷2份、四乙二醇二甲醚5份、硅酸钠4份、月硅酸钙5份、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷2份；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为660℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为5小时，球磨机的转速为200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、硅酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速5000转/分钟，压强为2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为300目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、月硅酸钙、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以10℃/分的升温速度升至720℃，然后在温度为720℃时保温60分钟，加压速度为0.1MPa/分，成型压力为5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护4小时，即得成品，保温箱温度为75℃。
制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）按照重量份称取钛1份、二氧化钛1份、叶腊石3份、高岭土5份、硅质砂岩10份、锂云母1份、菱镁矿1份、聚乙二醇1份、钛酸钡1份、甲基乙烯基二氯硅烷1份、四乙二醇二甲醚2份、焦磷酸钠1份、氯硅酸钠复合物2份、磷酸氨苄酯1份；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为500℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、钛酸钡、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为3小时，球磨机的转速为100转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、焦磷酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速3000转/分钟，压强为1MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为200目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、氯硅酸钠复合物、磷酸氨苄酯注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8℃/分的升温速度升至660℃，然后在温度为660℃时保温60分钟，加压速度为0.05MPa/分，成型压力为2MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2小时，即得成品，保温箱温度为65℃。
制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）按照重量份称取钛3份、稀土5份、叶腊石8份、高岭土10份、硅质砂岩15份、锂云母3份、菱镁矿2份、钛酸钡3份、硼酸钙4份、甲基乙烯基二氯硅烷2份、四乙二醇二甲醚5份、硅酸钠4份、月硅酸钙5份、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷2份；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为660℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为5小时，球磨机的转速为200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、硅酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速5000转/分钟，压强为2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为300目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、月硅酸钙、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以10℃/分的升温速度升至720℃，然后在温度为720℃时保温60分钟，加压速度为0.1MPa/分，成型压力为5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护4小时，即得成品，保温箱温度为75℃。
制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的制得的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料进行表面电阻率、抗弯强度、抗压强度、化学稳定性这几项性能测试。
表1
表面电阻率 抗弯强度，Mpa 抗压强度Mpa 化学稳定性
实施例1 950 855 通过
实施例2 965 850 通过
实施例3 970 840 通过
实施例4 968 860 通过
对比例1 643 550 通过
对比例2 712 600 通过
本发明的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，以叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿、钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙为主要成分，通过加入聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、分散剂、稳定剂、偶联剂，辅以加热处理、球磨粉碎、加压匀质、过筛分选、高温煅烧、去模脱蜡、养护成型等工艺，使得制备而成的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其强度大，抗冲击力强，同时兼具抗静电性能，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：钛1-3份、二氧化钛1-3份、稀土2-5份、叶腊石3-8份、高岭土5-10份、硅质砂岩10-15份、锂云母1-3份、菱镁矿1-2份、聚乙二醇1-3份、钛酸钡1-3份、硼酸钙2-4份、甲基乙烯基二氯硅烷1-2份、四乙二醇二甲醚2-5份、分散剂1-4份、稳定剂2-5份、偶联剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其特征在于：所述分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠、硅酸钠中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其特征在于：所述稳定剂为氯硅酸钠复合物、硬脂酸锂、苯甲酸钙、月硅酸钙中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料，其特征在于：所述偶联剂选自磷酸氨苄酯、双十六烷基硼酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷 、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷 中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1-4任一所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将叶腊石、高岭土、硅质砂岩、锂云母、菱镁矿加入管式炉内进行热处理，热处理温度为500-660℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将钛、二氧化钛、稀土、钛酸钡、硼酸钙、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为25:1，球磨时间为3-5小时，球磨机的转速为100-200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚乙二醇、甲基乙烯基二氯硅烷、四乙二醇二甲醚、分散剂一起加入高速加压匀质机中，转速3000-5000转/分钟，压强为1-2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、稳定剂、偶联剂注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8-10℃/分的升温速度升至660-720℃，然后在温度为660-720℃时保温60分钟，加压速度为0.05-0.1MPa/分，成型压力为2-5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2-4小时，即得成品。
6.根据权利要求5所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，筛孔径为200-300目。
7.根据权利要求5所述的添加金属钛的抗静电复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中保温箱温度为65-75℃。
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