CN109467388A - 一种耐高温陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温陶瓷及其制备方法，所述耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：18～25质量份的陶土、4～6质量份的菱镁石、2～4质量份的氧化镁、1～3质量份的氧化镍、8～10质量份的改性氮化硼、30～50质量份的有机硅树脂和6～10质量份的助溶剂，所述改性氮化硼由氮化硼经多巴胺改性制得。本发明制得的陶瓷具有较好的耐高温性能并且不易裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷加工技术领域，尤其是涉及一种耐高温陶瓷及其制备方法。
背景技术
陶瓷在我国具有较长的发展史，随着社会的不断发展，在很多领域得到广泛的应用，陶瓷分为工业陶瓷和日用陶瓷，由于工业用陶瓷如化工冶炼或者其他热工设备使用的陶瓷对其耐高温性能的要求逐渐提高，因此也刺激了耐高温陶瓷材料的进一步发展。目前耐高温陶瓷材料通常通过添加单一耐高温材料如氧化铝、氮化硅等材料来提高其耐高温性能，但是其耐高温性能还亟待进一步得到提高，此外耐高温陶瓷材料在加工过程中还容易出现不易进行粘结的缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温陶瓷及其制备方法，制备得到的耐高温陶瓷具有较好的耐高温性能，并且在加工的过程中粘接性很好，制备得到的陶瓷不易裂纹。
本发明所采取的技术方案是：
本发明提供了一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：18～25质量份的陶土、4～6质量份的菱镁石、2～4质量份的氧化镁、1～3质量份的氧化镍、8～10质量份的改性氮化硼、30～50质量份的有机硅树脂和6～10质量份的助溶剂，所述改性氮化硼由氮化硼经多巴胺改性制得。
优选地，所述有机硅树脂为甲基苯基硅树脂。
优选地，所述改性氮化硼由氮化硼加入10wt％～15wt％多巴胺改性制得。本申请中多巴胺的质量分数是以氮化硼的质量为基准。
进一步地，所述氮化硼为氮化硼纳米管。
优选地，所述助溶剂为碳酸钠、乙二胺盐、硝酸钠中的至少一种。
本发明还提供一种上述的耐高温陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)取陶土粉末进行干燥，加入菱镁石、氧化镁、氧化镍和改性氧化硼混合均匀形成混合粉末；
(2)在所述混合粉末中加入助溶剂，缓慢加入有机硅树脂，搅拌混合得到预混料；
(3)取模具预热至60～90℃，在模具内表面涂覆脱模剂，将所述预混料送入模具内进行冲压成型并脱模；
(4)将步骤(3)中脱模后的材料送入烧结装置内在1000～1600℃进行加热烧结。
优选地，步骤(3)中冲压成型的压力为10～30MPa，冲压时间为20～200min。
优选地，步骤(4)中采用程序升温的方式进行加热烧结。
进一步地，步骤(4)中程序升温的升温速率为3～6℃/min。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种耐高温陶瓷，通过在原料中添加改性氮化硼来提高其耐高温性能，氮化硼由于其表面惰性直接与无机材料结合容易出现界面结合不足的问题，本发明利用多巴胺对氮化硼进行表面改性，在其表面形成化学键提高了氮化硼与无机材料的界面结合力，进而提高了改性氮化硼与其他无机耐高温材料氧化镁和氧化镍的结合力，此外加入的菱镁石和有机硅树脂与其他原料组分进一步协同作用促进了陶瓷的粘结力和耐高温性能，制备得到的陶瓷不易裂纹。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种耐高温陶瓷，其原料组成包括21质量份的陶土、6质量份的菱镁石、3质量份的氧化镁、2质量份的氧化镍、9质量份的改性氮化硼、45质量份的甲基苯基硅树脂和6质量份的硝酸钠。
本实施例还提供上述耐高温陶瓷的制备方法，按照以下步骤制得：取氮化硼纳米管分散于Tris缓冲液中，在35℃下加入12wt％的多巴胺，混合30min后过滤洗涤，冷冻干燥后得到改性氮化硼。
取陶土进行球磨，过200目筛后加入菱镁石、氧化镁、氧化镍和改性氧化硼混合均匀形成混合粉末；然后加入硝酸钠，缓慢加入甲基苯基硅树脂搅拌混合得到预混料。
取模具预热至60℃，在模具内表面涂覆脱模剂，将所述预混料送入模具内在压力为30MPa下进行冲压成型60min，后脱模，将脱模后的材料送至烧结装置内，在6℃/min的升温速率下加热至1000℃，保温1.5h，后升温至1300℃保温1h，冷却得到耐高温陶瓷。
实施例2
本实施例提供一种耐高温陶瓷，其原料组成包括25质量份的陶土、4质量份的菱镁石、3质量份的氧化镁、1质量份的氧化镍、10质量份的改性氮化硼、50质量份的甲基苯基硅树脂和9质量份的硝酸钠。
本实施例还提供上述耐高温陶瓷的制备方法，按照以下步骤制得：取氮化硼纳米管分散于Tris缓冲液中，在35℃下加入10wt％的多巴胺，混合40min后过滤洗涤，冷冻干燥后得到改性氮化硼。
取陶土进行球磨，过200目筛后加入菱镁石、氧化镁、氧化镍和改性氧化硼混合均匀形成混合粉末；然后加入碳酸钠，缓慢加入甲基苯基硅树脂搅拌混合得到预混料。
取模具预热至80℃，在模具内表面涂覆脱模剂，将所述预混料送入模具内在压力为20MPa下进行冲压成型100min，后脱模，将脱模后的材料送至烧结装置内，在4℃/min的升温速率下加热至1200℃，保温1h，后升温至1400℃保温1.5h，冷却得到耐高温陶瓷。
实施例3
本实施例提供一种耐高温陶瓷，其原料组成包括18质量份的陶土、6质量份的菱镁石、2质量份的氧化镁、3质量份的氧化镍、9质量份的改性氮化硼、35质量份的甲基苯基硅树脂和7质量份的硝酸钠。
本实施例还提供上述耐高温陶瓷的制备方法，按照以下步骤制得：取氮化硼纳米管分散于Tris缓冲液中，在35℃下加入10wt％的多巴胺，混合40min后过滤洗涤，冷冻干燥后得到改性氮化硼。
取陶土进行球磨，过200目筛后加入菱镁石、氧化镁、氧化镍和改性氧化硼混合均匀形成混合粉末；然后加入乙二胺盐，缓慢加入甲基苯基硅树脂搅拌混合得到预混料。
取模具预热至80℃，在模具内表面涂覆脱模剂，将所述预混料送入模具内在压力为20MPa下进行冲压成型200min，后脱模，将脱模后的材料送至烧结装置内，在3℃/min的升温速率下加热至1200℃，保温1.5h，后升温至1600℃保温1.5h，冷却得到耐高温陶瓷。
实施例4
对比例1：对比例1中陶瓷原料包括21质量份的陶土、6质量份的菱镁石、3质量份的氧化镁、2质量份的氧化镍、9质量份氮化硼纳米管、45质量份的甲基苯基硅树脂和6质量份的硝酸钠。采用与实施例1相同的制备工艺制得陶瓷。
对比例2：对比例2中陶瓷原料包括21质量份的陶土、3质量份的氧化镁、2质量份的氧化镍、9质量份氮化硼纳米管和6质量份的硝酸钠。将陶瓷原料混合均匀球磨得到细分后加入适量去离子水进行喷雾造粒，然后送入挤压机中挤压后采用与实施例1相同的烧结步骤进行烧结，得到陶瓷。
对实施例1-3和对比例1-2制得的陶瓷进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-2制得的陶瓷的性能参数
| 耐热温度/℃ | 表观特征 | |
| 实施例1 | 3780 | 无细微裂缝 |
| 实施例2 | 3820 | 无细微裂缝 |
| 实施例3 | 3735 | 无细微裂缝 |
| 对比例1 | 3655 | 少许细微裂缝 |
| 对比例2 | 2980 | 较多细微裂缝 |
从表中数据可知本发明得到的陶瓷耐高温温度均超过3700℃，具有较好的耐高温性能，并且相较于普通的氮化硼，添加改性的氮化硼能够改善制备陶瓷的粘结力，制备得到的陶瓷不易裂纹。
Claims (9)
1.一种耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：18～25质量份的陶土、4～6质量份的菱镁石、2～4质量份的氧化镁、1～3质量份的氧化镍、8～10质量份的改性氮化硼、30～50质量份的有机硅树脂和6～10质量份的助溶剂，所述改性氮化硼由氮化硼经多巴胺改性制得。
2.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述有机硅树脂为甲基苯基硅树脂。
3.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述改性氮化硼由氮化硼加入10wt％～15wt％多巴胺改性制得。
4.根据权利要求3所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述氮化硼为氮化硼纳米管。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述助溶剂为碳酸钠、乙二胺盐、硝酸钠中的至少一种。
6.权利要求1-5任一项所述的耐高温陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取陶土粉末进行干燥，加入菱镁石、氧化镁、氧化镍和改性氧化硼混合均匀形成混合粉末；
(2)在所述混合粉末中加入助溶剂，缓慢加入有机硅树脂，搅拌混合得到预混料；
(3)取模具预热至60～90℃，在模具内表面涂覆脱模剂，将所述预混料送入模具内进行冲压成型并脱模；
(4)将步骤(3)中脱模后的材料送入烧结装置内在1000～1600℃进行加热烧结。
7.根据权利要求6所述的耐高温陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中冲压成型的压力为10～30MPa，冲压时间为20～200min。
8.根据权利要求6所述的耐高温陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中采用程序升温的方式进行加热烧结。
9.根据权利要求8所述的耐高温陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中程序升温的升温速率为3～6℃/min。
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