CN107586124A

CN107586124A - 轻质高强复合陶瓷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN107586124A
Application number: CN201710796932.5A
Authority: CN
Inventors: 马成良; 王世界; 高金星; 史幸福; 王斌; 詹学武; 巩志伟; 陈凯阳
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明公开了一种轻质高强复合陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料由以下质量百分比的初始原料制备而成：堇青石40‑60wt％、莫来石30‑55wt％、膨润土2‑10wt％、碳化硅0.5‑10wt％，结合剂和水，余量；其中，结合剂和水的用量分别为混合原料总质量的0.5‑20wt％和6‑60wt％。本发明以堇青石粉、莫来石粉为主要原料，使得制品的生产工艺简单，生产成本较低；以碳化硅为成孔剂，使得制品的气孔尺寸均匀，且碳化硅高温氧化后生成的SiO₂可保证生坯结构的稳定，最终使得制品的力学性能和抗热震性能较好。

Description

轻质高强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制备领域，具体涉及一种轻质高强复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着高温工业的快速发展，轻质陶瓷材料在高温领域的应用越来越广泛，如高温窑炉的窑具、隔热材料等，这就对材料本身的性能提出了更高的要求。因此，耐高温性、高强度、低膨胀系数及良好的抗热震性的轻质陶瓷材料，其研发和应用在目前工业应用中显得极为迫切。堇青石具有很低的热膨胀系数，热震稳定性好，莫来石的耐高温性能好，耐热冲击力强，综合两者的优势，可以得到膨胀系数低，耐高温性能强的堇青石-莫来石产品。但是，现有的堇青石-莫来石材料体积密度为1.75-2.15g/cm³，产品重量大吸热多，在窑炉中使用时消耗的燃料就多，产品的成本相应也会增加。因此，轻质高强堇青石-莫来石陶瓷材料将成为未来研究与应用的一种趋势。

目前，关于轻质堇青石-莫来石陶瓷材料已有一些研究，如“节能型轻质堇青石-莫来石窑具材料、窑具及制备方法”(CN 103130524 A)专利技术，以漂珠、蓝晶石和莫来石为骨料，以镁粉、滑石、氧化铝和黏土为基质料，外加木粉为造孔剂，所制得的轻质堇青石-莫来石窑具虽有其优点，但其缺点是制品强度低，其常温耐压强度最大只有13MPa，且漂珠原料中含有大量杂质，在影响材料中堇青石和莫来石的成分含量的同时，产生大量液相，使材料性能降低。现有技术中，“一种轻质堇青石-莫来石复合陶瓷材料及其制备方法”(CN103922713 A)专利技术，以水铝石、无定型二氧化硅、滑石粉和黏土为原料，制备多孔堇青石-莫来石复合材料，然后破碎、分级，加入结合剂，制得轻质堇青石-莫来石复合陶瓷材料虽有其优点，但其缺点是制备工艺复杂，制品常温耐压强度低。“一种多孔堇青石-莫来石复合陶瓷及其制备方法”(CN 102557717 A)专利技术以煤矸石、氢氧化铝、滑石粉、菱镁矿和硅石粉为原料，采用原位合成法制备堇青石-莫来石材料虽有其优点，但其缺点是烧成温度高，线收缩率大和制品的强度低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种轻质高强复合陶瓷材料及其制备方法，该方法生产成本低、工艺简单易控、节能环保，所制备的陶瓷材料具有体积密度低，力学性能和抗热震稳定性好的特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种轻质高强复合陶瓷材料，由以下质量百分比的初始原料制备而成：堇青石40-60wt％、莫来石30-55wt％、膨润土2-10wt％、碳化硅0.5-10wt％，结合剂和水，余量；其中，结合剂和水的用量分别为混合原料总质量的0.5-20wt％和6-60wt％。

优选地，所述的堇青石、莫来石、碳化硅、膨润土均为粉状，细粉粒径≤0.074mm。

优选地，所述的结合剂为水玻璃、糊精、纸浆废液、聚乙烯醇中的任意一种或几种的混合液。

本发明还提供了一种轻质高强复合陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述的配方称取各组分；

S2、将称取的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硅置于混料机中，混料2-6小时，得混合原料；

S3、将称取的结合剂和水加入到步骤S2所得的混合原料中，混料1-3小时后，将所得的混合物置于造粒机内进行造粒，得粒径为0.5-2mm的颗粒；

S4、将所得的颗粒置于液压压机内进行成型处理，成型压力为30-100MPa，得坯体；

S5、将所得的坯体置于70-120℃的干燥箱内干燥4-24小时后，置于高温窑炉中，在1150-1400℃的条件下煅烧2-6小时，即得复合陶瓷材料。

优选地：所述步骤S3中的造粒方式为喷雾造粒或者挤压造粒。

本发明具有以下有益效果：

以堇青石粉、莫来石粉为主要原料，使得制品的生产工艺简单，生产成本较低；以碳化硅为成孔剂，使得制品的气孔尺寸均匀，且碳化硅高温氧化后生成的SiO₂可保证生坯结构的稳定，最终使得制品的力学性能和抗热震性能较好。制品的体积密度为1.55-1.70g/cm³、气孔率为35-45％、常温耐压强度为50-100MPa，可用作高温窑炉的窑具、隔热材料等。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中所使用的堇青石、莫来石、碳化硅、膨润土均为粉状，细粉粒径≤0.074mm。

实施例1

按质量百分比称取原料：堇青石50wt％、莫来石44.5wt％、膨润土5wt％、碳化硅0.5wt％，将称取的原料置于滚筒式混料机内，混料2-6小时后，加入结合剂糊精和水的混合液，其质量百分比分别为混合原料总量的5wt％和50wt％，继续混料1-3小时；将混合好的混合料置于喷雾造粒机内造粒，粒径为0.5-1mm；将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50MPa，得到坯体；将坯体在70℃的条件下干燥12小时，放入高温窑炉中，在1300℃的条件下煅烧2小时，得到轻质高强复合陶瓷材料。

经检测，本实施例所制备的轻质高强复合陶瓷材料的主要性能指标为：体积密度1.68g/cm³，耐压强度95MPa。

实施例2

按重量百分比称取原料：堇青石50wt％、莫来石44.5wt％、膨润土5wt％、碳化硅0.5wt％，将称取的原料置于滚筒式混料机内，混料2-6小时后，加入结合剂聚乙烯醇和水，其质量百分比分别为混合原料总量的1wt％和15wt％，继续混料1-3小时；将混合好的混合料置于挤压式造粒机内造粒，粒径为0.5-2mm；将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50MPa，得到坯体；将坯体在70℃的条件下干燥12小时，放入高温窑炉中，在1300℃的条件下煅烧2小时，得到轻质高强复合陶瓷材料。

经检测，本实施例所制备的轻质高强复合陶瓷材料主要性能指标为：体积密度1.70g/cm³，耐压强度90MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种轻质高强复合陶瓷材料，其特征在于：由以下质量百分比的初始原料制备而成：堇青石40-60wt％、莫来石30-55wt％、膨润土2-10wt％、碳化硅0.5-10wt％，结合剂和水，余量；其中，结合剂和水的用量分别为混合原料总质量的0.5-20wt％和6-60wt％。

2.根据权利要求1所述的轻质高强复合陶瓷材料，其特征在于：所述的堇青石、莫来石、碳化硅、膨润土均为粉状，细粉粒径≤0.074mm。

3.根据权利要求1所述的轻质高强复合陶瓷材料，其特征在于：所述的结合剂为水玻璃、糊精、纸浆废液、聚乙烯醇中的任意一种或几种的混合液。

4.一种轻质高强复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、按权利要求1-3任一项所述的配方称取各组分；

5.根据权利要求4所述的轻质高强复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的造粒方式为喷雾造粒或者挤压造粒。