CN109279872A - 一种耐高温陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温陶瓷材料及其制备方法,涉及陶瓷制造技术领域,该耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土10‑20份、膨润土15‑25份、石英15‑25份、玻璃纤维5‑15份、海泡石10‑20份、石棉粉5‑10份、锂辉石5‑10份、改性绢云母5‑15份、氧化铝15‑25份、氮化硅10‑20份、碳化硼10‑20份、碳酸钠10‑15份、二氧化钛5‑15份、氧化镁2‑8份、氧化锌2‑8份、氧化钙5‑10份、聚乙二醇5‑15份、水80‑120份。本发明提出的陶瓷材料硬度好,强度高,耐高温,耐腐蚀,并且其表面耐磨能力也较高,降低其磨损,增加其使用寿命,原料来源广泛,工艺简单易操作,适合工业化生产,而且应用前景广阔,经济效益高。
Description
技术领域:
本发明涉及陶瓷制造技术领域,具体涉及一种耐高温陶瓷材料及其制备方法。
背景技术:
陶瓷是陶器和瓷器的总称,是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。人们早在约8000年前的新石器时代就发明了陶器。瓷业是我国的传统工业,陶瓷产品是我国轻工行业的支柱产业和出口拳头产品。
随着社会的发展,陶瓷在很多领域中占有重要地位,并且受到很多消费者的认可,使得陶瓷的应用范围也越来越广。目前,陶瓷按用途可以分为日用陶瓷、艺术陶瓷、工业陶瓷等,不同用途的陶瓷使得陶瓷的使用环境也较为复杂,尤其是在高温的环境下,陶瓷的使用寿命大大缩短,且强度也降低,因此,研制出一种能够耐高温的陶瓷材料是符合市场需求的。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐高温陶瓷材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土10-20份、膨润土15-25份、石英15-25份、玻璃纤维5-15份、海泡石10-20份、石棉粉5-10份、锂辉石5-10份、改性绢云母5-15份、氧化铝15-25份、氮化硅10-20份、碳化硼10-20份、碳酸钠10-15份、二氧化钛5-15份、氧化镁2-8份、氧化锌2-8份、氧化钙5-10份、聚乙二醇5-15份、水80-120份。
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土15份、膨润土20份、石英20份、玻璃纤维10份、海泡石15份、石棉粉7份、锂辉石8份、改性绢云母10份、氧化铝20份、氮化硅15份、碳化硼15份、碳酸钠12份、二氧化钛10份、氧化镁5份、氧化锌5份、氧化钙8份、聚乙二醇10份、水100份。
所述膨润土使用前经过改性处理,其改性方法为:先将膨润土于400-500℃焙烧2-4h,自然冷却至室温,取出,加热至110-130℃,向其中加入聚异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯,震荡10-30min,充分混合均匀,在此温度下恒温反应0.5-2h,反应结束后,静置0.5h,于3.5-5.0MPa条件下恒压反应1-3h,然后转入球磨机中球磨3-4h,即可。
所述膨润土、聚异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯的重量比为5-10:0.5-2:0.5-2。
所述改性绢云母的制备方法为:将绢云母粉碎,过200-300目筛,向其中加入适量的水,于40-60℃超声1-3h,然后向其中加入乙烯基三甲氧基硅烷、酚醛树脂、滑石粉,搅拌均匀,用硫酸调节pH值至4-6,微波回流2-4h,过滤,所得沉淀送入真空冷冻干燥机中干燥,经超微粉碎机粉碎指的微粉,即可。
所述绢云母、水、乙烯基三甲氧基硅烷:酚醛树脂、滑石粉的重量比为60-70:15-20:0.5-1.5:30-40:5-15。
所述微波处理器的工作条件为微波频率为2450MHz,输出功率为800W。
一种耐高温陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过200-300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过100-200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨5-6h,转速150-250r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨10-15h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于800-1000℃进行预烧4-5h,得到半成品;
(6)将半成品于1100-1300℃进行高温烧结8-10h,得到耐高温陶瓷材料。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提出的耐高温陶瓷材料在原料中添加了石英、玻璃纤维、海泡石等,增加了材料的硬度和强度,还添加了改性云母粉,通过超声的方式将绢云母进行活化,使绢云母达到临界状态,然后通过硅烷偶联剂对其进行改性,将酚醛树脂插层到绢云母的结构中,使绢云母的性能得到很大的提升,从而提高耐高温陶瓷材料的性能;
(2)本发明提出的耐高温陶瓷材料在原料中使用了膨润土和煅烧高岭土,且膨润土在使用前经过改性处理,改性处理的作用是在高温条件对膨润土进行焙烧,使其层间水和其他杂质减少,从而使通道增大,与此同时,向其中加入交联剂,通过交联反应使膨润土结构更加复杂,从而进一步提升陶瓷材料的性能;
(3)本发明提出的陶瓷材料硬度好,强度高,耐高温,耐腐蚀,并且其表面耐磨能力也较高,降低其磨损,增加其使用寿命,原料来源广泛,工艺简单易操作,适合工业化生产,而且应用前景广阔,经济效益高。
具体实施方式:
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例1
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土10份、膨润土25份、石英15份、玻璃纤维15份、海泡石10份、石棉粉10份、锂辉石5份、改性绢云母15份、氧化铝15份、氮化硅20份、碳化硼10份、碳酸钠15份、二氧化钛5份、氧化镁8份、氧化锌2份、氧化钙10份、聚乙二醇5份、水120份。
膨润土使用前经过改性处理,其改性方法为:先将膨润土25份于400℃焙烧2h,自然冷却至室温,取出,加热至110℃,向其中加入聚异氰酸酯3份、甲基丙烯酸羟乙酯1.5份,震荡10min,充分混合均匀,在此温度下恒温反应1h,反应结束后,静置0.5h,于3.5MPa条件下恒压反应1h,然后转入球磨机中球磨3h,即可。
改性绢云母的制备方法为:将绢云母60份粉碎,过300目筛,向其中加入水15份,于40℃超声2h,然后向其中加入乙烯基三甲氧基硅烷1份、酚醛树脂35份、滑石粉10份,搅拌均匀,用硫酸调节pH值至4.0,微波回流2h,过滤,所得沉淀送入真空冷冻干燥机中干燥,经超微粉碎机粉碎指的微粉,即可。
一种耐高温陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨5h,转速200r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨10h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于800℃进行预烧4h,得到半成品;
(6)将半成品于1100℃进行高温烧结8h,得到耐高温陶瓷材料。
实施例2
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土15份、膨润土20份、石英20份、玻璃纤维10份、海泡石15份、石棉粉7份、锂辉石8份、改性绢云母10份、氧化铝20份、氮化硅15份、碳化硼15份、碳酸钠12份、二氧化钛10份、氧化镁5份、氧化锌5份、氧化钙8份、聚乙二醇10份、水100份。
膨润土使用前经过改性处理,其改性方法为:先将膨润土25份于450℃焙烧3h,自然冷却至室温,取出,加热至120℃,向其中加入聚异氰酸酯3.5份、甲基丙烯酸羟乙酯2份,震荡30min,充分混合均匀,在此温度下恒温反应2h,反应结束后,静置0.5h,于4.5MPa条件下恒压反应3h,然后转入球磨机中球磨4h,即可。
改性绢云母的制备方法为:将绢云母65份粉碎,过200目筛,向其中加入水20份,于60℃超声3h,然后向其中加入乙烯基三甲氧基硅烷1份、酚醛树脂35份、滑石粉10份,搅拌均匀,用硫酸调节pH值至5.0,微波回流3h,过滤,所得沉淀送入真空冷冻干燥机中干燥,经超微粉碎机粉碎指的微粉,即可。
一种耐高温陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨6h,转速250r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨13h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于900℃进行预烧4.5h,得到半成品;
(6)将半成品于1200℃进行高温烧结9h,得到耐高温陶瓷材料。
实施例3
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土20份、膨润土15份、石英25份、玻璃纤维5份、海泡石20份、石棉粉5份、锂辉石10份、改性绢云母5份、氧化铝25份、氮化硅10份、碳化硼20份、碳酸钠10份、二氧化钛15份、氧化镁2份、氧化锌8份、氧化钙5份、聚乙二醇15份、水80份。
膨润土使用前经过改性处理,其改性方法为:先将膨润土25份于500℃焙烧3h,自然冷却至室温,取出,加热至130℃,向其中加入聚异氰酸酯6份、甲基丙烯酸羟乙酯5份,震荡20min,充分混合均匀,在此温度下恒温反应1.5h,反应结束后,静置0.5h,于5.0MPa条件下恒压反应3h,然后转入球磨机中球磨4h,即可。
改性绢云母的制备方法为:将绢云母70份粉碎,过200目筛,向其中加入水20份,于50℃超声2h,然后向其中加入乙烯基三甲氧基硅烷1.5份、酚醛树脂30份、滑石粉10份,搅拌均匀,用硫酸调节pH值至6.0,微波回流3h,过滤,所得沉淀送入真空冷冻干燥机中干燥,经超微粉碎机粉碎指的微粉,即可。
一种耐高温陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨5.5h,转速250r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨15h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于1000℃进行预烧5h,得到半成品;
(6)将半成品于1300℃进行高温烧结10h,得到耐高温陶瓷材料。
对照例1
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土15份、膨润土20份、石英20份、玻璃纤维10份、海泡石15份、石棉粉7份、锂辉石8份、改性绢云母10份、氧化铝20份、氮化硅15份、碳化硼15份、碳酸钠12份、二氧化钛10份、氧化镁5份、氧化锌5份、氧化钙8份、聚乙二醇10份、水100份。
改性绢云母的制备方法为:将绢云母65份粉碎,过200目筛,向其中加入水20份,于60℃超声3h,然后向其中加入乙烯基三甲氧基硅烷1份、酚醛树脂35份、滑石粉10份,搅拌均匀,用硫酸调节pH值至5.0,微波回流3h,过滤,所得沉淀送入真空冷冻干燥机中干燥,经超微粉碎机粉碎指的微粉,即可。
一种耐高温陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨6h,转速250r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨13h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于900℃进行预烧4.5h,得到半成品;
(6)将半成品于1200℃进行高温烧结9h,得到耐高温陶瓷材料。
对照例2
一种耐高温陶瓷材料,由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土15份、膨润土20份、石英20份、玻璃纤维10份、海泡石15份、石棉粉7份、锂辉石8份、改性绢云母10份、氧化铝20份、氮化硅15份、碳化硼15份、碳酸钠12份、二氧化钛10份、氧化镁5份、氧化锌5份、氧化钙8份、聚乙二醇10份、水100份。
膨润土使用前经过改性处理,其改性方法为:先将膨润土25份于450℃焙烧3h,自然冷却至室温,取出,加热至120℃,向其中加入聚异氰酸酯3.5份、甲基丙烯酸羟乙酯2份,震荡30min,充分混合均匀,在此温度下恒温反应2h,反应结束后,静置0.5h,于4.5MPa条件下恒压反应3h,然后转入球磨机中球磨4h,即可。
一种耐高温陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨6h,转速250r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨13h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于900℃进行预烧4.5h,得到半成品;
(6)将半成品于1200℃进行高温烧结9h,得到耐高温陶瓷材料。
以实施例2为基础,设置以膨润土使用前不改性处理的对照例1,使用未经改性的普通绢云母的对照例2。
利用实施例1-3、对照例1-2所制得的耐高温陶瓷材料进行性能测试,结果如下表。
检测项目 | 抗弯强度/MPa | 硬度/GPa | 抗压强度/MPa | 温度/℃ |
实施例1 | 15.1 | 13.6 | 15.4 | 1425 |
实施例2 | 15.8 | 14.8 | 15.8 | 1450 |
实施例3 | 14.7 | 14.2 | 14.7 | 1430 |
对照例1 | 13.2 | 12.5 | 13.0 | 1021 |
对照例2 | 12.5 | 11.8 | 12.8 | 986 |
从表中数据可知,本发明提出的陶瓷材料,耐高温,硬度好,强度高,具有很好的市场前景和经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种耐高温陶瓷材料,其特征在于:由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土10-20份、膨润土15-25份、石英15-25份、玻璃纤维5-15份、海泡石10-20份、石棉粉5-10份、锂辉石5-10份、改性绢云母5-15份、氧化铝15-25份、氮化硅10-20份、碳化硼10-20份、碳酸钠10-15份、二氧化钛5-15份、氧化镁2-8份、氧化锌2-8份、氧化钙5-10份、聚乙二醇5-15份、水80-120份。
2.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷材料,其特征在于:由以下重量份的原料组成:煅烧高岭土15份、膨润土20份、石英20份、玻璃纤维10份、海泡石15份、石棉粉7份、锂辉石8份、改性绢云母10份、氧化铝20份、氮化硅15份、碳化硼15份、碳酸钠12份、二氧化钛10份、氧化镁5份、氧化锌5份、氧化钙8份、聚乙二醇10份、水100份。
3.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷材料,其特征在于:所述膨润土使用前经过改性处理,其改性方法为:先将膨润土于400-500℃焙烧2-4h,自然冷却至室温,取出,加热至110-130℃,向其中加入聚异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯,震荡10-30min,充分混合均匀,在此温度下恒温反应0.5-2h,反应结束后,静置0.5h,于3.5-5.0MPa条件下恒压反应1-3h,然后转入球磨机中球磨3-4h,即可。
4.根据权利要求3所述的耐高温陶瓷材料,其特征在于:所述膨润土、聚异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯的重量比为5-10:0.5-2:0.5-2。
5.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷材料,其特征在于:所述改性绢云母的制备方法为:将绢云母粉碎,过200-300目筛,向其中加入适量的水,于40-60℃超声1-3h,然后向其中加入乙烯基三甲氧基硅烷、酚醛树脂、滑石粉,搅拌均匀,用硫酸调节pH值至4-6,微波回流2-4h,过滤,所得沉淀送入真空冷冻干燥机中干燥,经超微粉碎机粉碎指的微粉,即可。
6.根据权利要求5所述的耐高温陶瓷材料,其特征在于:所述绢云母、水、乙烯基三甲氧基硅烷:酚醛树脂、滑石粉的重量比为60-70:15-20:0.5-1.5:30-40:5-15。
7.根据权利要求5所述的耐高温陶瓷材料,其特征在于:所述微波处理器的工作条件为微波频率为2450MHz,输出功率为800W。
8.一种耐高温陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将煅烧高岭土、膨润土、石英、玻璃纤维、海泡石、石棉粉、锂辉石、改性绢云母混合搅拌均匀后,粉碎,过200-300目筛,得到物料I;
(2)将氧化铝、氮化硅、碳化硼、碳酸钠、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙混合均匀后,粉碎,过100-200目筛,得到物料II;
(3)将物料I和水混合搅拌均匀,送入球磨机中球磨5-6h,转速150-250r/min,然后加入物料II和聚乙二醇,继续球磨10-15h,得到混合粉料;
(4)将步骤(3)中的混合粉料送入模具中进行压制成型;
(5)启模取件,然后将其于800-1000℃进行预烧4-5h,得到半成品;
(6)将半成品于1100-1300℃进行高温烧结8-10h,得到耐高温陶瓷材料。
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