CN111454052A - 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，制备耐高温陶瓷的原料按其重量份包括：锂辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、强化纤维、聚乙烯蜡、氧化铝、氧化硼；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm。本发明制备的耐高温陶瓷产品的机械强度大，产品合格率高，抗热震性好，经多次冷热循环后产品无裂纹、破损等缺陷，并且制备方法简单，制备工艺易操作，经济效益大，适合大规模推广。

Description

一种耐高温陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷加工技术领域，具体涉及一种耐高温陶瓷及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料、功能材料等方面，但其在高温环境下容易出现爆裂或者裂纹的现象，导致陶瓷材料的使用寿命降低，大大影响了其应用范围。
中国专利CN104058715A公开了一种高温瓷，其特征在于，其按重量份的组分为：紫砂土5-15份、泉州地区高岭土55-65份、晋江沿海黑土10-20份、泥沙10-20份、铝土矿熟料5-15份、碳酸钡5-15份、滑石10-20份。但是该专利制备的高温瓷的耐高温性能不佳。
中国专利CN108083778A公开了一种耐高温陶瓷锅，所述陶瓷锅所含原料及各原料的重量份数为：三氧化二铝80-90份、碳酸钙1-5份、氧化硅2-6份、结合剂2-4份、分散剂2-8份。但是该专利制备的。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种耐高温陶瓷及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种耐高温陶瓷，制备耐高温陶瓷的原料按其重量份包括：锂辉石粉50份、高岭土10份～25份、二氧化硅8份～18份、碳化硅混合料5份～15份、滑石粉3份～8份、碳酸钡2份～8份、无定形二氧化硅1份～7份、强化纤维0.5份～1.5份、聚乙烯蜡0.8份～2.5份、氧化铝6份～15份、氧化硼1.2份～2.0份；所述无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；所述锂辉石粉的粒径为50μm～100μm。
其中，不定形二氧化硅的强度高、导热系数低，将其作为陶瓷的原料可以提高其强度和耐热性能；添加石英纤维为强化颗粒，提高陶瓷的耐高温性能；高温烧结使碳酸钡分解释放二氧化碳，生产氧化钡，氧化钡、氧化硼和氧化铝作为烧结助剂可以降低陶瓷的烧结温度。
进一步的，碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.2～1.8混合。
进一步的，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm。
进一步的，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm。
其中，粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅混合使用，可以提高材料的致密性，改善陶瓷材料的孔隙，提高耐高温性能，并且细颗粒碳化硅在高温下可分散于氧化铝、粗颗粒碳化硅等原料中，并在其表面附着，提高了陶瓷材料的耐腐蚀性能。
进一步的，强化纤维选自熔融石英玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维和玻璃纤维中的任两种。
进一步的，强化纤维的直径在5μm～20μm。
进一步的，制备耐高温陶瓷的原料按其重量份包括：锂辉石粉50份、高岭土18份、二氧化硅13份、碳化硅混合料10份、滑石粉5.5份、碳酸钡5份、无定形二氧化硅4份、强化纤维1.0份、聚乙烯蜡1.6份、氧化铝10.5份、氧化硼1.6份。
本发明的另一发明目的在于提供一种耐高温陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以30～50转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒24小时～36小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1550℃～1780℃，烧制12小时～28小时，得到耐高温陶瓷。
其中，将干燥后的强化纤维放到铝溶胶中浸渍，使用铝溶胶改善强化纤维因脱水产生的结构缺陷，经热处理后强化纤维与纳米氧化铝因烧结收缩结合加强，提高了强化纤维的结构强度。
进一步的，步骤S20中，热处理的温度为500℃～580℃，时间为45分钟～80分钟。
进一步的，步骤S60中，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温30min～60min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温。
本发明的优点是：
(1)本发明制备的耐高温陶瓷以锂辉石粉为基料，通过添加高岭土、碳化硅混合粉、强化纤维和无定形二氧化硅等原料优化陶瓷配方，提高陶瓷材料的强度和耐高温性能；
(2)本发明制备的耐高温陶瓷原料中不定形二氧化硅的强度高、导热系数低，将其作为陶瓷的原料可以提高其强度和耐热性能；添加石英纤维为强化颗粒，提高陶瓷的耐高温性能；高温烧结使碳酸钡分解释放二氧化碳，生产氧化钡，氧化钡、氧化硼和氧化铝作为烧结助剂可以降低陶瓷的烧结温度；
(3)本发明制备的耐高温陶瓷原料中颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅混合使用，可以提高材料的致密性，改善陶瓷材料的孔隙，提高耐高温性能，并且细颗粒碳化硅在高温下可分散于氧化铝、粗颗粒碳化硅等原料中，并在其表面附着，提高了陶瓷材料的耐腐蚀性能；
(4)本发明制备的耐高温陶瓷产品的机械强度大，产品合格率高，抗热震性好，经多次冷热循环后产品无裂纹、破损等缺陷，并且制备方法简单，制备工艺易操作，经济效益大，适合大规模推广。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种耐高温陶瓷及其制备方法
制备耐高温陶瓷的原料包括：锂辉石粉50kg、高岭土18kg、二氧化硅13kg、碳化硅混合料10kg、滑石粉5.5kg、碳酸钡5kg、无定形二氧化硅4kg、强化纤维1.0kg、聚乙烯蜡1.6kg、氧化铝10.5kg、氧化硼1.6kg；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm；碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.5混合，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm；强化纤维为熔融石英玻璃纤维、石英纤维以重量比1:1混合，强化纤维的直径在5μm～20μm。
耐高温陶瓷，通过如下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，热处理的温度为540℃，时间为60分钟，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以40转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒30小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1660℃，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温45min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温，烧制20小时，得到耐高温陶瓷。
实施例2
一种耐高温陶瓷及其制备方法
制备耐高温陶瓷的原料包括：锂辉石粉50kg、高岭土10kg、二氧化硅10kg、碳化硅混合料13kg、滑石粉8kg、碳酸钡2kg、无定形二氧化硅2kg、强化纤维0.7kg、聚乙烯蜡1.0kg、氧化铝8kg、氧化硼1.5kg；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm；碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.2混合，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm；强化纤维为熔融石英玻璃纤维、氧化铝纤维以重量比1:2混合，强化纤维的直径在5μm～20μm。
耐高温陶瓷，通过如下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，热处理的温度为500℃，时间为80分钟，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以30转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒24小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1550℃，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温60min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温，烧制12小时，得到耐高温陶瓷。
实施例3
一种耐高温陶瓷及其制备方法
制备耐高温陶瓷的原料包括：锂辉石粉50kg、高岭土25kg、二氧化硅16kg、碳化硅混合料7kg、滑石粉3kg、碳酸钡8kg、无定形二氧化硅1kg、强化纤维1.2kg、聚乙烯蜡2.5kg、氧化铝6kg、氧化硼2.0kg；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm；碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.8混合，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm；强化纤维为氧化铝纤维和玻璃纤维以重量比1:1混合，强化纤维的直径在5μm～20μm。
耐高温陶瓷，通过如下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，热处理的温度为580℃，时间为45分钟，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以30～50转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒36小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1780℃，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温40min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温，烧制28小时，得到耐高温陶瓷。
实施例4
一种耐高温陶瓷及其制备方法
制备耐高温陶瓷的原料包括：锂辉石粉50kg、高岭土12kg、二氧化硅18kg、碳化硅混合料15kg、滑石粉6kg、碳酸钡4kg、无定形二氧化硅7kg、强化纤维0.5kg、聚乙烯蜡0.8kg、氧化铝15kg、氧化硼1.8kg；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm；碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.3混合，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm；强化纤维为石英纤维、和玻璃纤维以重量比1:1混合，强化纤维的直径在5μm～20μm。
耐高温陶瓷，通过如下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，热处理的温度为520℃，时间为70分钟，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以35转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒28小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1600℃，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温，烧制16小时，得到耐高温陶瓷。
实施例5
一种耐高温陶瓷及其制备方法
制备耐高温陶瓷的原料包括：锂辉石粉50kg、高岭土20kg、二氧化硅8kg、碳化硅混合料5kg、滑石粉7kg、碳酸钡6kg、无定形二氧化硅5kg、强化纤维1.5kg、聚乙烯蜡2.0kg、氧化铝12kg、氧化硼1.2kg；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm；碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.7混合，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm；强化纤维为熔融石英玻璃纤维和玻璃纤维混合，强化纤维的直径在5μm～20μm。
耐高温陶瓷，通过如下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，热处理的温度为560℃，时间为45分钟～80分钟，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以45转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒32小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1700℃，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温50min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温，烧制26小时，得到耐高温陶瓷。
对比例
一种耐高温陶瓷及其制备方法
制备耐高温陶瓷的原料包括：锂辉石粉50kg、高岭土18kg、二氧化硅13kg、碳化硅混合料10kg、滑石粉5.5kg、碳酸钡5kg、无定形二氧化硅4kg、强化纤维1.0kg、聚乙烯蜡1.6kg、氧化铝10.5kg、氧化硼1.6kg；无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；锂辉石粉的粒径为50μm～100μm；碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.5混合，粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm，细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm；强化纤维为熔融石英玻璃纤维、石英纤维以重量比1:1混合，强化纤维的直径在5μm～20μm。
耐高温陶瓷，通过如下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将上述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以40转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S30，将上述重量份的强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入上述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S40，将步骤S30得到的糊状浆料成型后，自然晾晒30小时，泥胚；
步骤S50，将步骤S40得到的泥胚放到烧窑中，升温至1660℃，升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温45min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温，烧制20小时，得到耐高温陶瓷。
实验例
为了进一步说明本发明的技术进步性，现采用实验进一步说明。
实验方法：对本发明制备的耐高温陶瓷进行性能测试，抗热震性根据GBT3298-2008进行测试，测试标准为一次冷热循环后观察是否有裂纹、破损等缺陷，静置24小时后复查，本实验中冷热循环过程为，将产品在加热炉中加热至250℃，然后投入20℃的水槽中，观察是否存在裂纹、破损等缺陷，且冷热循环次数为3次，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002426562170000101
Figure BDA0002426562170000111
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温陶瓷，其特征在于，制备所述耐高温陶瓷的原料按其重量份包括：锂辉石粉50份、高岭土10份～25份、二氧化硅8份～18份、碳化硅混合料5份～15份、滑石粉3份～8份、碳酸钡2份～8份、无定形二氧化硅1份～7份、强化纤维0.5份～1.5份、聚乙烯蜡0.8份～2.5份、氧化铝6份～15份、氧化硼1.2份～2.0份；所述无定形二氧化硅的平均粒径为5μm～15μm；所述锂辉石粉的粒径为50μm～100μm。
2.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述碳化硅混合料由粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅以重量比2:1.2～1.8混合。
3.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述粗颗粒碳化硅的粒径在40μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述细颗粒碳化硅的粒径在2μm～10μm。
5.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述强化纤维选自熔融石英玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维和玻璃纤维中的任两种。
6.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述强化纤维的直径在5μm～20μm。
7.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，制备所述耐高温陶瓷的原料按其重量份包括：锂辉石粉50份、高岭土18份、二氧化硅13份、碳化硅混合料10份、滑石粉5.5份、碳酸钡5份、无定形二氧化硅4份、强化纤维1.0份、聚乙烯蜡1.6份、氧化铝10.5份、氧化硼1.6份。
8.一种根据权利要求1～7中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：
步骤S10，按所述重量份称取制备耐高温陶瓷的原料；
步骤S20，将所述重量份的强化纤维放到105℃的烘箱中干燥2小时，再浸渍在铝溶胶中，微波振动3分钟，再进行干燥、热处理，得到预处理强化纤维；
步骤S30，将所述重量份的理辉石粉、高岭土、二氧化硅、碳化硅混合料、滑石粉、碳酸钡、无定形二氧化硅、氧化铝和氧化硼放到球磨机中，加上后以30～50转/分钟的转速将原料进行混合，得到预混料；
步骤S40，将步骤S20得到的预处理强化纤维放到步骤S30得到的糊状浆料中，再加入所述重量份的聚乙烯蜡，搅拌混合均匀，得到糊状浆料；
步骤S50，将步骤S40得到的糊状浆料成型后，自然晾晒24小时～36小时，泥胚；
步骤S60，将步骤S50得到的泥胚放到烧窑中，升温至1550℃～1780℃，烧制12小时～28小时，得到耐高温陶瓷。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述热处理的温度为500℃～580℃，时间为45分钟～80分钟。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S60中，所述升温的具体过程为：以10℃/min的升温速率从室温升温到400℃，保温30min～60min，然后以4℃/min的升温速率升温到850℃，保温60min，最后以8℃/min的升温速率升至终温。
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