CN108033765A - 一种高导热的陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高导热的陶瓷材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导热的陶瓷材料及其制备方法和应用，该陶瓷材料，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡1‑5份、五氧化二铌3‑7份、钛酸钡11‑19份、甲基丙烯酸7‑15份、蒙脱石15‑25份、聚乙酸乙烯酯7‑15份。将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨，然后加入甲基丙烯酸溶液加热密封搅拌，再加入马来酸辛基锡加热密封搅拌处理、停止加热并超声处理，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得。本发明制备工艺简单，强度性能高、导热性能高，显著高于导热性能差的常规坩埚用材料，极适用于生产制造对导热性能要求高的坩埚，适于工业化生产。

Description

一种高导热的陶瓷材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体是一种高导热的陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术
陶瓷是以天然粘土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料的各种制品。陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼，成形，煅烧而制成的各种制品。由最粗糙的土器到最精细的精陶和瓷器都属于它的范围。坩埚采用的材料一般有石英、陶瓷、铁等，其中陶瓷材料应用最为广泛。但是用于坩埚的陶瓷材料不仅要具备较为良好的导热性能，还需要具备较高的机械强度，机械强度若过低，坩埚在使用中，也会产生破损等情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高导热的陶瓷材料及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高导热的陶瓷材料，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡1-5份、五氧化二铌3-7份、钛酸钡11-19份、甲基丙烯酸7-15份、蒙脱石15-25份、聚乙酸乙烯酯7-15份。
作为本发明进一步的方案：所述高导热的陶瓷材料，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡2-4份、五氧化二铌4-6份、钛酸钡13-17份、甲基丙烯酸9-13份、蒙脱石18-22份、聚乙酸乙烯酯9-13份。
作为本发明进一步的方案：所述高导热的陶瓷材料，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡3份、五氧化二铌5份、钛酸钡15份、甲基丙烯酸11份、蒙脱石20份、聚乙酸乙烯酯11份。
一种高导热的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将甲基丙烯酸与其质量10-12倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液；
2)将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过100-120目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.6-1.8h，制得混合物A；
3)将马来酸辛基锡粉碎、过100-120目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1-1.3h，然后停止加热并超声处理42min，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；
4)将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，搅拌速度为320r/min。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，搅拌速度为180r/min。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，超声功率为400W。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，离心转速为14000r/min，离心时间为30min。
本发明另一目的是提供上述陶瓷材料在制备坩埚中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用甲基丙烯酸对混合后的五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石等进行处理，再与其它原料混合等过程制得的陶瓷材料，经上述工艺使各原料间发生了协同作用，使陶瓷材料的导热系数、抗压强度和抗折强度都得到显著性的进步。本发明制备工艺简单，强度性能高、导热性能高，显著高于导热性能差的常规坩埚用材料，极适用于生产制造对导热性能要求高的坩埚，适于工业化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种高导热的陶瓷材料，包括以下原料：马来酸辛基锡1kg、五氧化二铌3kg、钛酸钡11kg、甲基丙烯酸7kg、蒙脱石15kg、聚乙酸乙烯酯7kg。
将甲基丙烯酸与其质量10倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液。将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过100目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.6h，搅拌速度为320r/min，制得混合物A。将马来酸辛基锡粉碎、过100目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理42min，超声功率为400W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
实施例2
本发明实施例中，一种高导热的陶瓷材料，包括以下原料：马来酸辛基锡5kg、五氧化二铌7kg、钛酸钡19kg、甲基丙烯酸15kg、蒙脱石25kg、聚乙酸乙烯酯15kg。
将甲基丙烯酸与其质量12倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液。将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过120目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.8h，搅拌速度为320r/min，制得混合物A。将马来酸辛基锡粉碎、过120目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.3h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理42min，超声功率为400W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
实施例3
本发明实施例中，一种高导热的陶瓷材料，包括以下原料：马来酸辛基锡2kg、五氧化二铌4kg、钛酸钡13kg、甲基丙烯酸9kg、蒙脱石18kg、聚乙酸乙烯酯9kg。
将甲基丙烯酸与其质量11倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液。将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过120目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.7h，搅拌速度为320r/min，制得混合物A。将马来酸辛基锡粉碎、过120目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.2h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理42min，超声功率为400W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
实施例4
本发明实施例中，一种高导热的陶瓷材料，包括以下原料：马来酸辛基锡4kg、五氧化二铌6kg、钛酸钡17kg、甲基丙烯酸13kg、蒙脱石22kg、聚乙酸乙烯酯13kg。
将甲基丙烯酸与其质量11倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液。将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过120目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.7h，搅拌速度为320r/min，制得混合物A。将马来酸辛基锡粉碎、过120目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.2h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理42min，超声功率为400W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
实施例5
本发明实施例中，一种高导热的陶瓷材料，包括以下原料：马来酸辛基锡3kg、五氧化二铌5kg、钛酸钡15kg、甲基丙烯酸11kg、蒙脱石20kg、聚乙酸乙烯酯11kg。
将甲基丙烯酸与其质量11倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液。将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过120目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.7h，搅拌速度为320r/min，制得混合物A。将马来酸辛基锡粉碎、过120目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.2h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理42min，超声功率为400W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
对比例1
除不含有甲基丙烯酸外，其原料及制备工艺与实施例5一致。
对比例2
只有钛酸钡、蒙脱石，其制备工艺与实施例5一致。
对比例3
只有钛酸钡、蒙脱石、甲基丙烯酸，其制备工艺与实施例5一致。
对比例4
将各原料直接混合，加入实施例5添加的其它物质，烘干后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得。各原料的添加量与实施例5一致。
实施例6
对实施例1-5及对比例1-4所测得的性能结果如表1所示。
表1
导热系数W/(m·K) 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa)
实施例1 22.5 311 194
实施例2 25.6 335 205
实施例3 27.1 348 238
实施例4 27.8 359 245
实施例5 28.3 364 257
对比例1 17.6 247 162
对比例2 12.3 140 92
对比例3 15.4 167 105
对比例4 18.1 262 153
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种高导热的陶瓷材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡1-5份、五氧化二铌3-7份、钛酸钡11-19份、甲基丙烯酸7-15份、蒙脱石15-25份、聚乙酸乙烯酯7-15份。
2.根据权利要求1所述的高导热的陶瓷材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡2-4份、五氧化二铌4-6份、钛酸钡13-17份、甲基丙烯酸9-13份、蒙脱石18-22份、聚乙酸乙烯酯9-13份。
3.根据权利要求1所述的高导热的陶瓷材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：马来酸辛基锡3份、五氧化二铌5份、钛酸钡15份、甲基丙烯酸11份、蒙脱石20份、聚乙酸乙烯酯11份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的高导热的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将甲基丙烯酸与其质量10-12倍的去离子水混合，制得甲基丙烯酸溶液；
2）将五氧化二铌、钛酸钡、蒙脱石混合粉碎后研磨2h、过100-120目筛，然后加入甲基丙烯酸溶液，升温至122℃，并在该温度下密封搅拌处理1.6-1.8h，制得混合物A；
3）将马来酸辛基锡粉碎、过100-120目筛，然后置入混合物A中，升温至148℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1-1.3h，然后停止加热并超声处理42min，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物B；
4）将混合物B与聚乙酸乙烯酯混合均匀后压制成型，在1280℃的温度下煅烧6.5h，冷却即得陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的高导热的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，搅拌速度为320r/min。
6.根据权利要求4所述的高导热的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，搅拌速度为180r/min。
7.根据权利要求4所述的高导热的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，超声功率为400W。
8.根据权利要求4所述的高导热的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，离心转速为14000r/min，离心时间为30min。
9.如权利要求1-3任一所述的陶瓷材料在制备坩埚中的应用。
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