CN107619267A

CN107619267A - 一种碳化硅增强堇青石‑莫来石陶瓷复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN107619267A
Application number: CN201710998105.4A
Authority: CN
Inventors: 马成良; 王世界; 王斌; 高金星; 史幸福; 巩志伟; 詹学武; 陈凯阳
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2018-01-23

Abstract

本发明公开了一种碳化硅增强堇青石‑莫来石陶瓷复合材料及其制备方法，包括以下质量百分比的初始原料：堇青石35‑55wt％、莫来石30‑50wt％、膨润土2‑10wt％、碳化硅0.5‑20wt％、碳化硼0‑15wt％，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0.5‑25wt％和6‑60wt％。本发明还公开了一种碳化硅增强堇青石‑莫来石陶瓷复合材料的制备方法。将原料按配方混合均匀，成型，干燥，煅烧，制得的碳化硅增强堇青石‑莫来石陶瓷材料体积密度为1.75‑2.13g/cm³，气孔率为21‑32％，常温耐压强度为80‑110MPa，可作为高温窑炉的窑具材料等。

Description

一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

堇青石-莫来石材料具有良好的抗热震性和较高的强度，广泛应用于高温炉、窑具、电子器件材料等。但随着我国现代工业、新技术产业的不断发展，单一的堇青石-莫来石材料已逐渐不能满足工业生产的需求。陶瓷生产过程的全自动化、快速烧成工艺的普及以及产品生产的周期大大缩短等因素，因此要求堇青石-莫来石材料具有更高的强度和更好的抗热震性。

目前，提高陶瓷材料强度的方法主要有以下几种：(1)相变增强；(2)纤维/晶须增强；(3)颗粒增强。碳化硅为共价化合物，具有较好的常温和高温物理性能，同时它还具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐磨损、抗热冲击等优异性能。因此，在堇青石-莫来石陶瓷材料中加入碳化硅颗粒可达到增强增韧的目的。

目前，关于碳化硅颗粒增强陶瓷材料已有一些研究，如“一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具及其制备方法”(CN 102775163 A)专利技术，以碳化硅颗粒、堇青石细粉、金属硅粉、硅溶胶或硅-铝溶胶为原料，制备的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具虽有其优点，但其缺点是制品的烧成温度高，常温耐压强度低。“堇青石质窑具的制造方法”(CN 1415575A)专利技术，以硅微粉、氧化铝微粉、氧化镁细粉以及煅烧高岭土为基质料，以莫来石、红柱石、碳化硅为骨料，采用浇注成型的方式制备堇青石质陶瓷窑具虽有其优点，但其缺点是制品的使用温度和强度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料及其制备方法，该方法以碳化硅颗粒为增强相，以碳化硼粉体为抗氧化剂，所制备的复合材料具有高温抗氧化性较好，力学性能和抗热震稳定性好的特点，且制品的生产成本较低、工艺简单可控。

其具体技术方案为：

一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料，包括以下质量百分比的初始原料：堇青石35-55wt％、莫来石30-50wt％、膨润土2-10wt％、碳化硅0.5-20wt％、碳化硼0-15wt％，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0.5-25wt％和6-60wt％。

本发明所述的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硼均为粉状，细粉粒径≤0.074mm。

本发明所述的碳化硅为颗粒状，颗粒粒径为0.125mm≤D≤1mm。

本发明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。

一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照本发明所述的配方称取各组分；

(2)将称取的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硅、碳化硼置于混料机中，混料2-8小时，得混合原料；

(3)将称取的结合剂和水加入到步骤(2)所得的混合原料中，混料1-3小时，得混合料；

(4)将步骤(3)所得的混合料置于造粒机内进行造粒，得粒径为0.5-2mm的颗粒；

(5)将步骤(4)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；

(6)将步骤(5)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1200-1400℃的条件下煅烧2-6小时，即得复合材料。

优选地：所述步骤(4)中的造粒方式为喷雾造粒或者挤压造粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

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；以碳化硅颗粒为增强相，使得制品的力学性能优良；以碳化硼为抗氧化剂，使得制品的抗氧化性能好；最终制品具有抗氧化性能好，力学性能优良和热震稳定性好等优点，生产成本较低，具有广泛的经济和社会价值。制品的体积密度为1.75-2.13g/cm³，气孔率为21-32％，常温耐压强度为80-110MPa，可作为高温窑炉的窑具材料等。

具体实施方式

下面结合具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

以下实施例中所使用的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硼均为粉状，细粉粒径≤0.074mm，碳化硅为颗粒状，颗粒粒径为0.125mm≤D≤1mm。

实施例1

按质量百分比称取混合原料：堇青石49wt％、莫来石43wt％、膨润土5wt％、碳化硅3wt％，将称取的原料置于滚筒式混料机内，混料4h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质量的4wt％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，颗粒粒径为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1350℃的条件下煅烧3小时，得到碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料。

经检测，本实施例所制备的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料主要性能指标为：体积密度1.88g/cm³，气孔率30.64％，耐压强度90MPa。

实施例2

按质量百分比称取混合原料：堇青石48.5wt％、莫来石42wt％、膨润土5wt％、碳化硅(100目)3wt％、碳化硼0.5wt％，将称取的原料置于滚筒式混料机内，混料4h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质量的4wt％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，颗粒粒径为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1350℃的条件下煅烧3小时，得到碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料。

经检测，本实施例所制备的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料主要性能指标为：体积密度1.98g/cm³，气孔率27.16％，耐压强度92MPa。

实施例3

按质量百分比称取混合原料：堇青石48wt％、莫来石42wt％、膨润土5wt％、碳化硅(50目)3wt％、碳化硼1wt％，将称取的原料置于滚筒式混料机内，混料4h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质量的4wt％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，颗粒粒径为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1350℃的条件下煅烧3小时，得到碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料。

经检测，本实施例所制备的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料主要性能指标为：体积密度2.13g/cm³，气孔率21.45％，耐压强度105MPa。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的初始原料：堇青石35-55wt％、莫来石30-50wt％、膨润土2-10wt％、碳化硅0.5-20wt％、碳化硼0-15wt％，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0.5-25wt％和6-60wt％。

2.根据权利要求1所述的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料，其特征在于，所述的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硼均为粉状，细粉粒径≤0.074mm。

3.根据权利要求1所述的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料，其特征在于，所述的碳化硅为颗粒状，颗粒粒径为0.125mm≤D≤1mm。

4.根据权利要求1所述的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料，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。

5.一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照本发明所述的配方称取各组分；

6.根据权利要求5所述的碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的造粒方式为喷雾造粒或者挤压造粒。