CN112521133A - 一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高温刚玉‑莫来石陶瓷制品的制备方法，涉及高温陶瓷技术领域，包括骨料、粉料和结合剂，骨料与粉料按下述重量份配比配置而成：骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=55‑65∶35‑45；所述骨料包括刚玉颗粒和莫来石颗粒，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=40‑60∶0‑20；所述粉料包括氧化铝粉、石英粉、莫来石粉，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=20‑30∶4‑6∶0‑6；所述结合剂为铝溶胶、酸性硅溶胶、有机硅树脂中的一种或任意两种组合，结合剂的添加量为骨料+粉料总重量的6%；本发明采用高纯原料、精细配比和高温烧结，制备了使用温度达1800℃且热震稳定性优良的陶瓷制品。
Description
技术领域
本发明涉及高温陶瓷技术领域，尤其是涉及一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法。
背景技术
公知的，超高温陶瓷制品是指使用温度在1700~1800℃的陶瓷制品，主要用于各种超高温设备的炉衬、窑具及其他高温组件。通常能够承受这种超高温度的陶瓷材料主要有刚玉、氧化镁及氧化锆等高温氧化物；但由于氧化镁陶瓷材料属于强碱性材料，容易与酸性材料反应而损坏，并且氧化镁材料容易吸潮形成氢氧化镁而逐渐粉化。因此氧化镁陶瓷的应用范围受到很大限制。氧化锆陶瓷材料主要由于价格昂贵使得大多数用户无法接受。刚玉材料不仅熔点超过了2000℃，而且属于中性氧化物，能够抵抗酸性和碱性材料的侵蚀，所以，目前制备超高温陶瓷所用的材料主要为刚玉材料。但刚玉材料的缺点是热膨胀系数较大（约为8×10-6/℃），热震稳定性较差，在反复加热过程中容易开裂；为了提高刚玉制品的热震稳定性，通常会在刚玉制品中加入热膨胀系数较低的莫来石材料（莫来石的热膨胀系数为5~6×10-6/℃）。但国内生产的莫来石材料大多数都是由于纯度较低，结晶状态较差，在高温使用过程中容易产生变形而损坏。另外，还有一些通过在刚玉中加入硅微粉、粘土、铝矾土、红柱石等材料使其在烧结过程中生成一部分莫来石来提高刚玉制品的热震稳定性。然而，这些加入物都由于杂质含量较大，使得刚玉制品的使用温度大大降低。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，包括骨料、粉料和结合剂，骨料与粉料按下述重量份配比配置而成：
骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=55-65∶35-45；
所述骨料包括刚玉颗粒和莫来石颗粒，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=40-60∶0-20；
所述粉料包括氧化铝粉、石英粉、莫来石粉，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=20-30∶4-6∶0-6；
所述结合剂为铝溶胶、酸性硅溶胶、有机硅树脂中的一种或任意两种组合，结合剂的添加量为骨料+粉料总重量的6%。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，所述刚玉颗粒采用低钠低硅型刚玉，化学含量为：Al2O3≥99%。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，所述莫来石颗粒为高纯电熔莫来石颗粒，化学含量为：Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%；
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，所述氧化铝粉的化学含量为：氧化铝Al2O3≥99%。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，石英粉为高纯石英粉，化学含量为：石英SiO2≥99%。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料配比：将骨料、粉料和结合剂按重量配比，备用；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料，再将混合料与结合剂的水溶液一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料；
（3）成型方法：将上一步步骤制成的浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1700℃-1800℃，保温4~8小时。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，通过在刚玉颗粒中加入高纯石英粉，在烧结过程中与氧化铝细粉发生反应生成莫来石晶相，所加入的高纯莫来石粉作为晶种可以促使莫来石的生成。结合剂中的硅和铝胶体高温分解后形成活性氧化硅和活性氧化铝，它们都能够在高温烧结过程中参与反应形成莫来石晶相。
本发明所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，本发明不用添加加硅微粉、粘土、铝矾土、红柱石等杂质含量高的材料，采用高纯原料、精细配比和高温烧结，制备了使用温度达1800℃且热震稳定性优良的陶瓷制品。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，包括骨料、粉料和结合剂，骨料与粉料按下述重量份配比配置而成：
骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=55-65∶35-45；
所述骨料包括刚玉颗粒和莫来石颗粒，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=40-60∶0-20；
所述粉料包括氧化铝粉、石英粉、莫来石粉，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=20-30∶4-6∶0-6。
所述结合剂为铝溶胶、酸性硅溶胶、有机硅树脂中的一种或任意两种组合，结合剂的添加量为骨料+粉料总重量的6%。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，所述刚玉颗粒采用低钠低硅型刚玉，化学含量为：Al2O3≥99%。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，所述莫来石颗粒为高纯电熔莫来石颗粒，化学含量为：Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%；
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，所述氧化铝粉的化学含量为：氧化铝Al2O3≥99%。
所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，石英粉为高纯石英粉，化学含量为：石英SiO2≥99%。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料配比：将骨料、粉料和结合剂按重量配比，备用；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料，再将混合料与结合剂的水溶液一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料；
（3）成型方法：将上一步步骤制成的浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1700℃-1800℃，保温4~8小时。
实施例1
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其主要原料及其化学纯度要求是：电熔刚玉（Al2O3≥99%）、电熔莫来石（Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%）、氧化铝粉（Al2O3≥99%）、石英粉（SiO2≥99%）。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其制作步骤如下：
（1）原料配比：骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=55∶45；骨料选用电熔刚玉颗粒、电熔莫来石颗粒两种组合，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=40∶20；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料，再将混合料与结合剂一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料，结合剂的加入量为混合料重量的6%；
（3）成型方法：将上述制成浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1700℃，保温8小时。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，以上所述的骨料为刚玉颗粒、莫来石颗粒的两种组合，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=40∶20；粉料为氧化铝粉、石英粉的两种组合，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉=30∶6；结合剂为酸性硅溶胶。
实施例2
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其主要原料及其化学纯度要求是：电熔刚玉（Al2O3≥99%）、电熔莫来石（Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%）、氧化铝粉（Al2O3≥99%）、石英粉（SiO2≥99%）。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其制作步骤如下：
（1）原料配比：原料分骨料、粉料和结合剂，其骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=65∶35；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料，再将混合料与结合剂一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料，结合剂的加入量为混合料重量的6%；
（3）成型方法：将上述制成浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1800℃，保温4小时。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，所述的骨料为刚玉颗粒；所述的粉料为氧化铝粉、石英粉、莫来石粉的三种组合，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=20∶4∶6；所述的结合剂为铝溶胶。
实施例3
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其主要原料及其化学纯度要求是：电熔刚玉（Al2O3≥99%）、电熔莫来石（Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%）、氧化铝粉（Al2O3≥99%）、石英粉（SiO2≥99%）。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其制作步骤如下：
（1）原料配比：原料分骨料、粉料和结合剂，其配比为：骨料∶粉料=60∶40；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料。再将混合料与结合剂一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料，结合剂的加入量为混合料重量的6%；
（3）成型方法：将上述制成浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1750，保温6小时；
所述的骨料为刚玉颗粒、莫来石颗粒的两种组合，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=50∶10；所述的粉料为氧化铝粉、石英粉、莫来石粉的三种组合，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=25∶5∶5；所述的结合剂为有机硅树脂。
实施例4
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其主要原料及其化学纯度要求是：电熔刚玉（Al2O3≥99%）、电熔莫来石（Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%）、氧化铝粉（Al2O3≥99%）、石英粉（SiO2≥99%）。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其制作步骤如下：
（1）原料配比：原料分骨料、粉料和结合剂，其骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=63∶37；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料。再将混合料与结合剂一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料，结合剂的加入量为混合料重量的6%；
（3）成型方法：将上述制成浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1760℃，保温5小时。
所述的骨料为刚玉颗粒、莫来石颗粒的两种组合，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=48∶8；所述的粉料为氧化铝粉、石英粉、莫来石粉三种组合，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=22∶4∶5；所述的结合剂为铝溶胶和有机硅树脂中的组合。
实施例5
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其主要原料及其化学纯度要求是：电熔刚玉（Al2O3≥99%）、电熔莫来石（Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%）、氧化铝粉（Al2O3≥99%）、石英粉（SiO2≥99%）。
一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，其制作步骤如下：
（1）原料配比：原料分骨料、粉料和结合剂，其骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=58∶42；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料。再将混合料与结合剂一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料，结合剂的加入量为混合料重量的6%；
（3）成型方法：将上述制成浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1780℃，保温7小时；
所述的骨料为刚玉颗粒、莫来石颗粒两种组合，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=55∶15；所述的粉料为氧化铝粉、石英粉、莫来石粉的三种组合，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=28∶5∶4；所述的结合剂为与有机硅树脂中的组合。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (6)
1.一种超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，包括骨料、粉料和结合剂，其特征是：骨料与粉料按下述重量份配比配置而成：
骨料与粉料的重量配比为：骨料∶粉料=55-65∶35-45；
所述骨料包括刚玉颗粒和莫来石颗粒，按重量比例为：刚玉颗粒∶莫来石颗粒=40-60∶0-20；
所述粉料包括氧化铝粉、石英粉、莫来石粉，按重量比例为：氧化铝粉∶石英粉∶莫来石粉=20-30∶4-6∶0-6；
所述结合剂为铝溶胶、酸性硅溶胶、有机硅树脂中的一种或任意两种组合，结合剂的添加量为骨料+粉料总重量的6%。
2.根据权利要求1所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，其特征是：所述刚玉颗粒采用低钠低硅型刚玉，化学含量为：Al2O3≥99%。
3.根据权利要求1所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，其特征是：所述莫来石颗粒为高纯电熔莫来石颗粒，化学含量为：Al2O3+SiO2≥99%，莫来石相≥95%。
4.根据权利要求1所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，其特征是：所述氧化铝粉的化学含量为：氧化铝Al2O3≥99%。
5.根据权利要求1所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品，其特征是：石英粉为高纯石英粉，化学含量为：石英SiO2≥99%。
6.利用权利要求1-5中任一权利要求所述的超高温刚玉-莫来石陶瓷制品的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料配比：将骨料、粉料和结合剂按重量配比，备用；
（2）浆料制备：将上述原料在混料机中混合均匀，成为混合料，再将混合料与结合剂的水溶液一同加入到搅拌桶中搅拌成浆料；
（3）成型方法：将上一步步骤制成的浆料浇注到金属模具中，待凝固后脱模并将脱模后的坯体烘干；
（4）高温烧成：将成型后的坯体放入高温窑炉中进行烧结，烧结温度为1700℃-1800℃，保温4~8小时。
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