CN108793974A - 高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法属于氧化铝陶瓷技术领域；解决的技术问题为：提供一种高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法，在不提高烧成温度的情况下，大幅提高陶瓷机械性能，降低原料及制作成本，提高生产效率；采用的技术方案为：包括如下重量份配比的原料：二氧化锰1~3.5份，三氧化二铁1~3份，氧化镁0.1~0.5份，二氧化硅0.5~1.5份，高岭土0.5~2份，氧化钙2~8份，氧化锆2~5份，三氧化二钴0.3~0.8份，碳酸钡1~3份，三氧化二铬0.3~0.8份，氧化铝100份；本发明所制成的高铝陶瓷产品颜色因各成分含量不同而呈或深或浅的咖啡色，美观大方。
Description
技术领域
本发明高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法属于氧化铝陶瓷技术领域，具体涉及一种高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备。
背景技术
氧化铝陶瓷是一种以阿尔法AL2O3为主晶相的陶瓷材料，其氧化铝含量一般在75~99%之间。习惯上以配料中氧化铝含量进行分类，氧化铝含量在75%左右的叫“75”磁，氧化铝含量在99%左右的叫“99”磁。由于氧化铝原料来源广泛，价格相对低廉，使得它在电子、机械、纺织、汽车、化工、冶金领域得到广泛应用。
高铝陶瓷是指氧化铝含量在90~99%的氧化铝陶瓷，通常在氧化铝中加入CaO、MgO、SiO2等氧化物作为烧结助剂，来改善其机械性能。加入烧结助剂的氧化铝经高温烧成后，体积致密，机械强度高，导热性能良，绝缘强度高，介电损耗低，生物相容性好，通常被称为刚玉磁，广泛应用于各领域。
但在一些工况恶劣的场合，氧化铝陶瓷特有的韧性差、强度低、磨耗高污染原料等情况，使其使用受到限制。为了改善氧化铝陶瓷的强度和耐磨性，可以采用更小粒径的氧化铝原料；也可以采用诸如热压烧结、热等静压烧结、真空烧结、气氛烧结、微波烧结、等粒子烧结等烧结方法；也可以采用添加钠米氧化铝、钠米碳化硅、氧化铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维等方法；也可以采用应力诱导原位生成棒晶的方法或生成层状陶瓷来改善其性能，但这些方法要么原料成本奇高，要么设备昂贵复杂，要么难以大批量生产，都限制了这些方法的应用。因此，寻找合适的烧结助剂，在现阶段仍然是经济合理的提高氧化铝陶瓷强度和耐磨性的方法。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法，在不提高烧成温度的情况下，大幅提高陶瓷机械性能，降低原料及制作成本，提高生产效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 1~3.5 份，
三氧化二铁 1~3份，
氧化镁 0.1~0.5份，
二氧化硅 0.5~1.5份，
高岭土 0.5~2份，
氧化钙 2~8份，
氧化锆 2~5份，
三氧化二钴 0.3~0.8份，
碳酸钡 1~3份，
三氧化二铬 0.3~0.8份，
氧化铝 100份。
优选的，高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 2~3份，
三氧化二铁 1.5~2份，
氧化镁 0.1~0.5份，
二氧化硅 0.5~1份，
高岭土 0.5~1.5份，
氧化钙 3~5份，
氧化锆 3~4份，
三氧化二钴 0.4~0.6份，
碳酸钡 1~2份，
三氧化二铬 0.3~0.5份，
氧化铝 100份。
所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化锆为黄色单斜锆。
所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，所述原料与水的重量份配比为：原料300份，水150-180份；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为90-120r/min，搅拌时间为140-160 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入PVA溶液并混合均匀，所述PVA溶液的重量为料浆总重的10-12%；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为2.5-4%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为15-18 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
所述第三步中的PVA溶液为浓度10%的PVA溶液。
本发明中，所制成的高铝陶瓷产品颜色为咖啡色，因各成分含量不同而呈或深或浅的咖啡色，色泽美观大方。
本发明中，二氧化锰和三氧化二铁属于助烧剂，其作用是着色并生成低温液相，促进氧化铝烧结，加快溶解、析出效应及蒸发、凝结效应，其中二氧化锰熔点为535℃，三氧化二铁可以与氧化铝、氧化钙生成低温液相，可以大大加快烧结速度，并提供红色调。
本发明中，氧化镁的作用是形成铝镁尖晶石，阻碍氧化铝晶粒的长大，形成细晶组织，提高机械性能。
本发明中，二氧化硅、高岭土、氧化钙的作用也是形成一定的低温液相，促进氧化铝烧结。
本发明中，碳酸钡、三氧化二铬的作用是提供黄色色调，并细化晶粒，提高产品表面质量和耐磨性。
本发明中，氧化锆的作用是着色并与氧化铝形成固熔体，促进烧结。
本发明中，三氧化二钴的作用是提供蓝色调，并与氧化铝形成固熔体，促进烧结。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明在不改变现有设备的基础上，实现产品性能的大幅提升，效果突出，烧成的高铝陶瓷成品质量较好，采用原料价格较低，且烧制工艺简单，提高了生产效率，极大提升了企业的经济效益；通过本发明的配方及工艺，所烧制成的产品颜色为浅咖啡色，美观大方。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。
本发明中PVA溶液为聚乙烯醇树脂溶液，本发明中使用的PVA溶液为提前调配并溶解好的浓度10%的PVA溶液。
实施例一
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 1份，
三氧化二铁 1份，
氧化镁 0.1份，
二氧化硅 0.5份，
高岭土 0.5份，
氧化钙 2份，
氧化锆 2份，
三氧化二钴 0.3份，
碳酸钡 1份，
三氧化二铬 0.3份，
氧化铝 100份。
所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化锆为黄色单斜锆。
所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，原料总重300 kg，水重150-180 kg；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为90 r/min，搅拌时间为140 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入45 kg的PVA溶液并混合均匀；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为2.5%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为15-18 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
实施例二
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 2份，
三氧化二铁 1.5份，
氧化镁 0.1份，
二氧化硅 0.5份，
高岭土 0.5份，
氧化钙 3份，
氧化锆 3份，
三氧化二钴 0.4份，
碳酸钡 1份，
三氧化二铬 0.3份，
氧化铝 100份。
所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化锆为黄色单斜锆。
所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，原料总重为300 kg，水重160 kg；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为100 r/min，搅拌时间为150 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入50 kg的PVA溶液并混合均匀；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为3%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为16 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
实施例三
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 2.5份，
三氧化二铁 1.8份，
氧化镁 0.3份，
二氧化硅 0.8份，
高岭土 1份，
氧化钙 4份，
氧化锆 3.5份，
三氧化二钴 0.5份，
碳酸钡 1.5份，
三氧化二铬 0.4份，
氧化铝 100份。
所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化锆为黄色单斜锆。
所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，原料总重为300 kg，水重160 kg；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为100 r/min，搅拌时间为150 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入50kg的PVA溶液并混合均匀；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为3%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为16 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
实施例四
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 3份，
三氧化二铁 2份，
氧化镁 0.5份，
二氧化硅 1份，
高岭土 1.5份，
氧化钙 5份，
氧化锆 4份，
三氧化二钴 0.6份，
碳酸钡 2份，
三氧化二铬 0.5份，
氧化铝 100份。
所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化锆为黄色单斜锆。
所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，原料总重为300 kg，水重170 kg；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为110 r/min，搅拌时间为150 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入50kg的PVA溶液并混合均匀；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为3.5%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为17 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
实施例五
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 3.5 份，
三氧化二铁 3份，
氧化镁 0.5份，
二氧化硅 1.5份，
高岭土 2份，
氧化钙 8份，
氧化锆 5份，
三氧化二钴 0.8份，
碳酸钡 3份，
三氧化二铬 0.8份，
氧化铝 100份。
所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
所述氧化锆为黄色单斜锆。
所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，所述原料与水的重量份配比为：原料300份，水180份；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为120 r/min，搅拌时间为160 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入55 kg的PVA溶液并混合均匀；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为4%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为18 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
按照本发明所述配方及制备方法所制成的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，HRA≥90，抗弯强度≥380 Mpa，抗压强度≥2900 Mpa，抗折强度≥300 Mpa，断裂韧性≥5.0Mpa. M1/2，磨耗≤13.2g/kg/h，各项指数均达到标准，甚至远远超出标准指标，在保证质量达标的同时，烧制效率高，合格率高，制成的高铝陶瓷色泽为浅咖啡色，美观大方，具有较高的市场效益及推广价值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 1~3.5 份，
三氧化二铁 1~3份，
氧化镁 0.1~0.5份，
二氧化硅 0.5~1.5份，
高岭土 0.5~2份，
氧化钙 2~8份，
氧化锆 2~5份，
三氧化二钴 0.3~0.8份，
碳酸钡 1~3份，
三氧化二铬 0.3~0.8份，
氧化铝 100份。
2.根据权利要求1所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于包括如下重量份配比的原料：
二氧化锰 2~3份，
三氧化二铁 1.5~2份，
氧化镁 0.1~0.5份，
二氧化硅 0.5~1份，
高岭土 0.5~1.5份，
氧化钙 3~5份，
氧化锆 3~4份，
三氧化二钴 0.4~0.6份，
碳酸钡 1~2份，
三氧化二铬 0.3~0.5份，
氧化铝 100份。
3.根据权利要求1所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于：所述二氧化锰、三氧化二铁均采用细度为D50≤8微米的高纯度、高细度原料。
4.根据权利要求1所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于：所述氧化镁、二氧化硅、高岭土、氧化钙和氧化铝均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
5.根据权利要求1所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于：所述氧化锆为黄色单斜锆。
6.根据权利要求1所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷，其特征在于：所述氧化锆、三氧化二钴、碳酸钡及三氧化二铬均采用细度为D50≤4微米的高纯度、高细度原料。
7.如权利要求1所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，按所述配比将原料倒入搅拌磨中加水混合成料浆，所述原料与水的重量份配比为：原料300份，水150-180份；
第二步，在料浆内加入分散剂和塑化剂，并对料浆进行搅拌湿磨，搅拌速度为90-120r/min，搅拌时间为140-160 min，经激光粒度检测仪检测料浆的细度到达D50≤2.2微米时停止湿磨；
第三步，在料浆内加入PVA溶液并混合均匀，所述PVA溶液的重量为料浆总重的10-12%；
第四步，将料浆通过喷雾造粒塔进行造粒，然后干压或等静压成型；
第五步，将粉料制成陶瓷毛坯并在氢气气氛下的隧道窑中进行烧制成型，氢气体积浓度为2.5-4%，隧道窑中的烧制温度为1580~1640℃，烧制总时长为15-18 h；
第六步，将烧制成型的高铝陶瓷移出隧道窑后冷却。
8.根据权利要求7所述的高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于：所述第三步中的PVA溶液为浓度10%的PVA溶液。
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