CN109732088A - 一种抗热震性能高的新型复合陶瓷及其加工工艺 - Google Patents

一种抗热震性能高的新型复合陶瓷及其加工工艺 Download PDF

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CN109732088A CN201910186234.2A CN201910186234A CN109732088A CN 109732088 A CN109732088 A CN 109732088A CN 201910186234 A CN201910186234 A CN 201910186234A CN 109732088 A CN109732088 A CN 109732088A
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Abstract

本发明公开了一种抗热震性能高的新型复合陶瓷及其加工工艺,该复合陶瓷包括以下组分:镁粉、硅粉、碳粉、铝硅酸盐矿物和粘合剂;该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:第一混合料的制备;预烧结料的制备;坯料的制备;素坯的制备;将素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷;该新型复合陶瓷中,镁粉与铝硅酸盐矿物之间达到原子级别的混合,形成具有高度无序的晶体结构,碳粉与硅粉原位生成碳化硅晶须,其均匀分布在镁粉与铝硅酸盐矿物之间形成的晶体结构中,解决了直接加入碳化硅晶须而容易产生团聚,分布不均的问题,极大地提高了复合陶瓷的性能;实验结果表明,该新型复合陶瓷具有很好的抗热冲击性能和抗弯强度。

Description

一种抗热震性能高的新型复合陶瓷及其加工工艺
技术领域
本发明涉及复合陶瓷技术领域,具体是一种抗热震性能高的新型复合陶瓷及其加工工艺。
背景技术
陶瓷是中华文明的一个重要组成部分,中国作为四大文明古国之一,为人类社会的进步和发展做出了卓越的贡献,其中陶瓷的发明和发展更具有独特的意义,中国历史上各朝各代有着不同艺术风格和不同技术特点。随着近代科学技术的发展,近百年来又出现了许多新的陶瓷品种,它们不再使用或很少使用粘土、长石、石英等传统陶瓷原料,而是使用其他特殊原料,甚至扩大到非硅酸盐,非氧化物的范围,并且出现了许多新的工艺。美国和欧洲一些国家的文献已将“Ceramic”一词理解为各种无机非金属固体材料的通称,因此陶瓷的含义实际上已远远超越过去狭窄的传统观念了,随着科学技术的不断发展,对陶瓷材料的性能提出了更高要求,传统陶瓷材料不能满足现代要求,高性能陶瓷及陶瓷基复合材料成为各国研究的重点。
如申请号为201010547748.5的中国发明专利公开了一种碳化硼基陶瓷复合材料的制备方法,按以下步骤进行:(1)将碳化硼粉末与粘结剂混合均匀,或将碳化硼混合粉体与粘结剂混合均匀,再进行过筛,选取粒度在24-60目间的颗粒作为模压物料;(2)将模压物料在50-300MPa的压力下模压成型,干燥后获得B4C-C素坯;(3)将B4C-C素坯作为骨架,采用Si作为熔渗剂,进行真空熔渗,获得碳化硼陶瓷复合材料。
如申请号为CN201810942697.2的中国发明专利公开了一种氧化铝-碳化硅多孔复合陶瓷的制备方法,本发明先将硅酸酯、异丙醇铝、醇类稀释剂、脂肪酸和表面活性剂搅拌混合后,再加入纳米铁粉和氟化钠,得混合料;将混合料超声微波加热反应后,冷却,干燥,得干燥料;将干燥料倒入模具中,于惰性气体保护状态下,缓慢升温至550~600℃,保温炭化2~4h后,继续升温至1680~1800℃,高温烧结3~5h后,随炉冷却至室温,出料,得烧结料;将所得烧结料依次经酸洗、水洗后,干燥至恒重,即得氧化铝-碳化硅多孔复合陶瓷。
但是由上述方法获得的复合陶瓷的脆性大,抗热震性能差,因此,如何制得性能更加优异的复合陶瓷成为了本技术领域亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗热震性能高的新型复合陶瓷及其加工工艺,以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉20-40份、硅粉5-10份、碳粉5-10份、铝硅酸盐矿物60-80份和粘合剂3-8份。
镁粉与铝硅酸盐矿物之间达到原子级别的混合,形成具有高度无序的晶体结构,碳粉与硅粉原位生成碳化硅晶须,其均匀分布在镁粉与铝硅酸盐矿物之间形成的晶体结构中,解决了直接加入碳化硅晶须而容易产生团聚,分布不均的问题,极大地提高了复合陶瓷的性能。
作为优化,一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、硅粉7份、碳粉7份、铝硅酸盐矿物70份和粘合剂5份。
作为优化,铝硅酸盐矿物为长石(K2O·Al2O3·6SiO2)、云母(K2O·2Al2O3·6SiO2·2H2O)、高岭土(Al2O3·2SiO2·22H2O)、沸石(Na2O·Al2O3·3SiO2·22H2O)或石榴石(3CaO·Al2O3·3SiO2)中的任意一种。
作为优化,粘结剂为巯基化合物三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的任意一种。
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)第一混合料的制备;
(2)预烧结料的制备;
(3)坯料的制备;
(4)素坯的制备;
(5)将素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷。
作为优化,一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉和铝硅酸盐矿物放入球磨罐中进行球磨,得第一混合料;
(2)将步骤(1)所得的第一混合料投入热压烧结炉中进行预烧结处理,得到预烧结料;
(3)称取硅粉和碳粉,加入步骤(2)所得的预烧结料中,进行干法球磨,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入粘合剂,继续干法球磨,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷。
作为优化,一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉20-40份和铝硅酸盐矿物60-80份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨18-24h,然后在60-80℃的烘箱中烘干1-3h,得第一混合料;镁粉和铝硅酸盐在湿法球磨处理过程中,由于机械冲击作用,镁粉和铝硅酸盐发生细化、变形,产生结构缺陷,从而缩短了原子扩散路径,长期下去,镁粉中的镁原子会被迫挤压到铝硅酸盐晶格内部,从而使镁粉与铝硅酸盐相互之间达到了原子级别的混合,第一混合料具有高度无序的晶体结构,有利于后续烧结致密化,降低烧结温度;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料;在预烧结处理过程中,第一混合料更有利于形成晶间-晶内复合结构;
(3)称取硅粉5-10份和碳粉5-10份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨6-12h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入粘合剂3-8份,继续干法球磨3-5h,得到坯料;利用干法球磨处理,制备出坯料,硅粉、碳粉与预烧结料不仅是简单的混合,而是达到原子尺寸的复合,增加分子扩散的通道,减小分子扩散路径,有利于烧结致密化进行;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷。在放电等离子体烧结过程中,碳粉和硅粉原位生成碳化硅晶须,其可以均匀分布在镁-铝硅酸盐晶粒之间,从而有效的解决了直接加入的碳化硅晶须,容易团聚,分布不均匀的问题,极大地提高了复合陶瓷的性能。
作为优化,步骤(2)中预烧结处理的条件为:压强为15-30MPa,先升温至1000-1200℃,保温1-3h,然后再升温至1400-1500℃,保温2-3h。
作为优化,步骤(4)中热等静压成型的条件为:温度为800-900℃,压强为90-120MPa。
作为优化,步骤(5)中放电等离子体烧结条件为:温度为1600-1800℃,压强为20-50MPa,保温10-30min。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
一是本发明一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,镁粉与铝硅酸盐矿物之间达到原子级别的混合,形成具有高度无序的晶体结构,碳粉与硅粉原位生成碳化硅晶须,其均匀分布在镁粉与铝硅酸盐矿物之间形成的晶体结构中,解决了直接加入碳化硅晶须而容易产生团聚,分布不均的问题,极大地提高了复合陶瓷的性能;
二是本发明一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,镁粉和铝硅酸盐在湿法球磨处理过程中,由于机械冲击作用,镁粉和铝硅酸盐发生细化、变形,产生结构缺陷,从而缩短了原子扩散路径,长期下去,镁粉中的镁原子会被迫挤压到铝硅酸盐晶格内部,从而使镁粉与铝硅酸盐相互之间达到了原子级别的混合,第一混合料具有高度无序的晶体结构,有利于后续烧结致密化,降低烧结温度;在预烧结处理过程中,第一混合料更有利于形成晶间-晶内复合结构;
三是本发明一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,利用干法球磨处理,制备出坯料,硅粉、碳粉与预烧结料不仅是简单的混合,而是达到原子尺寸的复合,增加分子扩散的通道,减小分子扩散路径,有利于烧结致密化进行;在放电等离子体烧结过程中,碳粉和硅粉原位生成碳化硅晶须,其可以均匀分布在镁-铝硅酸盐晶粒之间,从而有效的解决了直接加入的碳化硅晶须,容易团聚,分布不均匀的问题,极大地提高了复合陶瓷的性能;
四是本发明一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,该加工工艺简单,原料易得,成本低,烧成温度低,有利于实现工业化生产,具有广阔的市场前景,有利于推广应用。
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:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉20份、硅粉5份、碳粉5份、长石60份和巯基化合物三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)3份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉20份和长石60份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨18h,然后在60℃的烘箱中烘干1h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为15MPa,先升温至1000℃,保温1h,然后再升温至1400℃,保温2h;
(3)称取硅粉5份和碳粉5份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨6h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入巯基化合物三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)3份,继续干法球磨3h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为800℃,压强为90MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1600℃,压强为20MPa,保温10min。
实施例2:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉25份、硅粉6份、碳粉6份、云母65份和季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)4份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉25份和云母65份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨19h,然后在65℃的烘箱中烘干1.5h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为20MPa,先升温至1050℃,保温1.5h,然后再升温至1420℃,保温2h;
(3)称取硅粉6份和碳粉6份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨7h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)4份,继续干法球磨3.5h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为820℃,压强为95MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1650℃,压强为25MPa,保温15min。
实施例3:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、硅粉7份、碳粉7份、高岭土70份和聚甲基丙烯酸甲酯5份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉30份和高岭土70份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨21h,然后在70℃的烘箱中烘干2h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为22MPa,先升温至1100℃,保温2h,然后再升温至1450℃,保温2.5h;
(3)称取硅粉7份和碳粉7份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨9h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入聚甲基丙烯酸甲酯5份,继续干法球磨4h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为850℃,压强为105MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1700℃,压强为35MPa,保温20min。
实施例4:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉35份、硅粉9份、碳粉9份、沸石75份和聚氨酯树脂7份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉35份和沸石9份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨22h,然后在75℃的烘箱中烘干2.5h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为28MPa,先升温至1180℃,保温2.5h,然后再升温至1480℃,保温2h;
(3)称取硅粉9份和碳粉9份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨11h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入聚氨酯树脂7份,继续干法球磨4.5h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为880℃,压强为115MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1750℃,压强为45MPa,保温25min。
实施例5:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉40份、硅粉10份、碳粉10份、石榴石80份和酚醛树脂8份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉40份和石榴石80份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨24h,然后在80℃的烘箱中烘干3h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为30MPa,先升温至1200℃,保温3h,然后再升温至1500℃,保温3h;
(3)称取硅粉10份和碳粉10份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨12h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入酚醛树脂8份,继续干法球磨5h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为900℃,压强为120MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1800℃,压强为50MPa,保温30min。
对比例1:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、硅粉7份、高岭土70份和聚甲基丙烯酸甲酯5份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉30份和高岭土70份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨21h,然后在70℃的烘箱中烘干2h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为22MPa,先升温至1100℃,保温2h,然后再升温至1450℃,保温2.5h;
(3)称取硅粉7份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨9h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入聚甲基丙烯酸甲酯5份,继续干法球磨4h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为850℃,压强为105MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1700℃,压强为35MPa,保温20min。
对比例1与实施例3所不同的是原料中未使用碳粉,制备方法与实施例3相同。
对比例2:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、碳粉7份、高岭土70份和聚甲基丙烯酸甲酯5份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉30份和高岭土70份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨21h,然后在70℃的烘箱中烘干2h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为22MPa,先升温至1100℃,保温2h,然后再升温至1450℃,保温2.5h;
(3)称取碳粉7份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨9h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入聚甲基丙烯酸甲酯5份,继续干法球磨4h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为850℃,压强为105MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1700℃,压强为35MPa,保温20min。
对比例2与实施例3的不同之处在于原料中未使用硅粉,制备方法与实施例3相同。
对比例3:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、硅粉7份、碳粉7份、高岭土70份和聚甲基丙烯酸甲酯5份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉30份和高岭土70份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨21h,然后在70℃的烘箱中烘干2h,得第一混合料;
(2)称取硅粉7份和碳粉7份,加入步骤(1)所得的预烧结料中,干法球磨9h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入聚甲基丙烯酸甲酯5份,继续干法球磨4h,得到坯料;
(3)将步骤(2)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为850℃,压强为105MPa;
(4)将步骤(3)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1700℃,压强为35MPa,保温20min。
对比例3与实施例3所不同的是第一混合料未经过预烧结处理。
对比例4:
一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、硅粉7份、碳粉7份、高岭土70份和聚甲基丙烯酸甲酯5份。
采用上述原料加工一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉30份和高岭土70份加入研钵中进行研磨混合,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料,预烧结处理的条件为:压强为22MPa,先升温至1100℃,保温2h,然后再升温至1450℃,保温2.5h;
(3)称取硅粉7份和碳粉7份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨9h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入聚甲基丙烯酸甲酯5份,继续干法球磨4h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯,热等静压成型的条件为:温度为850℃,压强为105MPa;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷,放电等离子体烧结条件为:温度为1700℃,压强为35MPa,保温20min。
对比例4与实施例3所不同之处为将镁粉和高岭土在研钵中进行研磨混合。
效果例:
(1)实验样品:本发明实施例1至5所制得的新型复合陶瓷和对比例1至4所制得的新型陶瓷。
(2)实验方法:抗热冲击:先将实验样品加热至1500℃,保温30min,然后置于空气中淬冷,如此反复,直至实验样品产生裂纹,记录次数,测试结果见表1;抗弯强度:使用由济南科盛试验机设备有限公司生产的UTM5105微机控制电子万能试验机来测试实验样品的三点抗弯强度,实验样品的尺寸为60mm×15mm×15mm,加载速率为0.5mm/min,加载方向垂直于实验样品成型加压方向,支点跨距为40mm,经表面抛光和棱角倒角后在万能试验机上进行实验,测试结果见表1。
表1 各个实验样品的性能测试结果
(3)实验结果:从表1中可以看出,本发明实施例1至5所制得的新型复合陶瓷的抗热冲击次数均在181次及以上,抗弯强度均在3.1MPa及以上,而对比例1至4所制得的新型复合陶瓷的抗热冲击次数均在121次及以下,抗弯强度均在1.4MPa及以下,实验结果表明,本发明实施例1至5所制得的新型复合陶瓷具有很好的抗热冲击性能和抗弯强度。
本发明实施例1至5所制得的新型复合陶瓷与对比例1和对比例2所制得的新型复合陶瓷相比,由于原料中同时使用了硅粉和碳粉,硅粉、碳粉与预烧结料达到原子尺寸的复合,增加分子扩散的通道,减小分子扩散路径,有利于烧结致密化进行;在放电等离子体烧结过程中,碳粉和硅粉原位生成碳化硅晶须,其可以均匀分布在镁-铝硅酸盐晶粒之间,从而有效的解决了直接加入的碳化硅晶须,容易团聚,分布不均匀的问题,极大地提高了复合陶瓷的性能。
本发明实施例1至5所制得的新型复合陶瓷与对比例3所制得的新型复合陶瓷相比,由于对第一混合料进行了预烧结处理,使第一混合料更有利于形成晶间-晶内复合结构,为后续硅粉、碳粉与预烧结料达到原子尺寸的复合做准备,更有利于新型复合陶瓷性能的提升。
本发明实施例1至5所制得的新型复合陶瓷与对比例4所制得的新型复合陶瓷相比,由于将镁粉和铝硅酸盐进行湿法球磨处理,镁粉和铝硅酸盐在湿法球磨处理过程中,由于机械冲击作用,镁粉和铝硅酸盐发生细化、变形,产生结构缺陷,从而缩短了原子扩散路径,长期下去,镁粉中的镁原子会被迫挤压到铝硅酸盐晶格内部,从而使镁粉与铝硅酸盐相互之间达到了原子级别的混合,比将镁粉和铝硅酸盐用研钵进行研磨更有利于新型复合陶瓷性能的提升。
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。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,其特征在于,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉20-40份、硅粉5-10份、碳粉5-10份、铝硅酸盐矿物60-80份和粘合剂3-8份。
2.根据权利要求1所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,其特征在于,该复合陶瓷包括以下重量份数的组分:镁粉30份、硅粉7份、碳粉7份、铝硅酸盐矿物70份和粘合剂5份。
3.根据权利要求1所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,其特征在于:所述铝硅酸盐矿物为长石、云母、高岭土、沸石或石榴石中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷,其特征在于:所述粘结剂为巯基化合物三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的任意一种。
5.一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,其特征在于,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)第一混合料的制备;
(2)预烧结料的制备;
(3)坯料的制备;
(4)素坯的制备;
(5)将素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷。
6.根据权利要求5所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,其特征在于,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉和铝硅酸盐矿物放入球磨罐中进行球磨,得第一混合料;
(2)将步骤(1)所得的第一混合料投入热压烧结炉中进行预烧结处理,得到预烧结料;
(3)称取硅粉和碳粉,加入步骤(2)所得的预烧结料中,进行干法球磨,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入粘合剂,继续干法球磨,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷。
7.根据权利要求6所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,其特征在于,该复合陶瓷的加工工艺包括以下步骤:
(1)称取镁粉20-40份和铝硅酸盐矿物60-80份放入球磨罐中,以无水乙醇作为球磨介质,对球磨罐进行抽真空后充入氩气,球磨18-24h,然后在60-80℃的烘箱中烘干1-3h,得第一混合料;
(2)将第一混合料投入热压烧结炉中,在氮气的氛围下进行预烧结处理,得到预烧结料;
(3)称取硅粉5-10份和碳粉5-10份,加入步骤(2)所得的预烧结料中,干法球磨6-12h,得到第二混合料,然后向第二混合料中加入粘合剂3-8份,继续干法球磨3-5h,得到坯料;
(4)将步骤(3)所得的坯料放入模具中进行热等静压成型,得到素坯;
(5)将步骤(4)所得的素坯进行放电等离子体烧结,得到新型复合陶瓷。
8.根据权利要求7所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,其特征在于:所述步骤(2)中预烧结处理的条件为:压强为15-30MPa,先升温至1000-1200℃,保温1-3h,然后再升温至1400-1500℃,保温2-3h。
9.根据权利要求8所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,其特征在于:所述步骤(4)中热等静压成型的条件为:温度为800-900℃,压强为90-120MPa。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的一种抗热震性能高的新型复合陶瓷的加工工艺,其特征在于:所述步骤(5)中放电等离子体烧结条件为:温度为1600-1800℃,压强为20-50MPa,保温10-30min。
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