CN113045295A - 一种高强度陶瓷型材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括：一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括：(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；(2)将所述混合料加热融化，得到熔体；(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；(5)将所述第二坯体在900～1250℃下保温20～30h，即得到高强度陶瓷型材成品。相应的，本发明还公开了一种高强度陶瓷型材。实施本发明，可有效排出陶瓷型材中的气体，有效提升陶瓷型材的致密度，进而提升其强度。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷型材领域，尤其涉及一种高强度陶瓷型材及其制备方法。
背景技术
现有的陶瓷辊棒通常采用成型-干燥-烧成的生产工艺，其中，成型一般采用挤出成型或等静压成型；然而，这种成型工艺所得的陶瓷辊棒的致密度仅可达到2.8g/cm3左右，导致其抗弯能力、抗变形能力、弹性模量都相对较低，往往难以适合超大型陶瓷板材的烧成。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其可有效提升陶瓷型材的致密度，提升其抗弯能力、抗变形能力和弹性模量。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种高强度陶瓷型材。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
(2)将所述混合料加热融化，得到熔体；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
(5)将所述第二坯体在900～1250℃下保温20～30h，即得到高强度陶瓷型材成品。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，所述混合料按照重量份计包括：
电熔刚玉30～50份，煅烧氧化铝10～20份，高岭土20～30份，铝矾土5～10份，莫来石5～10份。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，将所述混合原料在2200～2800℃加热熔融，得到熔体。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，将第一坯体置入热锻模具中，并在惰性气氛中进行锻压。
作为上述技术方案的改进，锻压压力为10～20MPa。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，成型得到的第一坯体的温度为2100～2700℃；
作为上述技术方案的改进，所述第二坯体的温度为1400～1700℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，成型得到的第一坯体的温度为2100～2200℃；
步骤(3)中，锻压后得到的第二坯体的温度为1550～1600℃。
相应的，本发明还公开了一种高强度陶瓷型材，其由上述的高强度陶瓷型材的制备方法制备而得。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明中的高强度陶瓷型材的制备方法，采用加热熔融-浇注成型-锻压排气-保温结晶的技术路线，通过在熔融和锻压工艺，可有效排出陶瓷型材中的气体，有效提升陶瓷型材的致密度，进而提升其强度。此外，通过保温结晶，可促进莫来石、刚玉等强化晶体的析出，不仅提升陶瓷型材的抗弯能力、抗变形能力、弹性模量，还可提升其热稳定性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明公开了一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，所述混合料按照重量份计包括：
电熔刚玉30～50份，煅烧氧化铝10～20份，高岭土20～30份，铝矾土5～10份，莫来石5～10份。
其中，电熔刚玉是由工业氧化铝通过电炉2000℃以上的高温熔化而成，其晶体发育较为完整，稳定性强。本发明中，电熔刚玉的加入重量份为30～50份，示例性的为33份、35份、40份、45份、48份，但不限于此。
其中，煅烧氧化铝是由工业氧化铝在1500℃左右煅烧而成，其晶体相对较小，反应活性高，可与高岭土、铝矾土反应，促进长柱状莫来石的析出，提升热稳定性和弹性模量。具体的，煅烧氧化铝的加入重量份为10～20份，示例性的为11份、13份、15份、18份，但不限于此。
其中，高岭土在高温下分解形成莫来石和活性氧化硅，活性氧化硅可与煅烧氧化铝和/或电熔刚玉反应，进一步促进柱状莫来石的形成。高岭土的加入重量份为20～30份，示例性的为22份、24份、27份、28份，但不限于此。
铝矾土的主要矿相成分为水铝石和高岭石，其也含有少量的长石、伊利石、方解石、云母等矿物；这些矿物在高温熔融后，主要形成氧化铝、莫来石、氧化硅以及少量的玻璃质，其中，少量的氧化硅可与电熔刚玉、煅烧氧化铝等原料反应结合，形成莫来石，玻璃质则可促进莫来石、氧化铝的分散、成长，进而提升陶瓷型材的各项性能。具体的，铝矾土的加入重量份为5～10份，示例性的为5份、6份、8份，但不限于此。
具体的，本发明的铝矾土中，Al2O3的含量低于70wt％，这种铝矾土中含有更多的杂质矿相，更利于陶瓷型材的各项性能。
具体的，在本发明中，莫来石的加入重量份为5～10份，示例性的为5份、7份、8份，但不限于此。
具体的，在上述原料混合后，将混合原料破碎至200目以下，即得到混合原料。
(2)将所述混合料加热融化，得到熔体；
具体的，将混合物置入坩埚中，然后置入高温炉之中，加热熔融。
具体的，加热熔融温度为2200～2800℃，当加热熔融温度＜2200℃时，熔体粘度过高，难以浇注成型；当加热熔融温度＞2800℃时，耗能高。优选的，加热熔融温度为2200～2300℃，示例性的为2240℃、2250℃、2280℃、2300℃，但不限于此。
(3)将熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
其中，成型后第一坯体的温度为2100～2700℃，示例性的为2150℃、2180℃、2200℃、2250℃、2400℃、2600℃但不限于此。在此温度范围内，第一坯体为不完全流动的塑性状态，方便成型，也便于后期锻压排气。优选的，成型后第一坯体的温度为2100～2200℃。
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
其中，锻压可有效地排出第一坯体中的气体，大幅提升第二坯体的致密度，进而提升成品的强度。采用模锻工艺对第一坯体进行锻压，模锻工艺可确保锻压结束的第二坯体具有较高的尺寸精度。具体的，将第一坯体置入热锻模具中，并在惰性气氛(如N2、Ar等)进行锻压。
其中，锻压压力为10～20MPa，若锻压压力大于20MPa，则容易造成坯体内柱状莫来石晶体断裂，降低其强度；若锻压压力小于10MPa，难以有效排除第一坯体内的气体。示例性的锻压压力为11MPa、13.5MPa、15MPa、16MPa、19MPa，但不限于此。锻压时间为1～2h，示例性的为1.2h、1.5h、1.8h、2h，但不限于此。
经过锻压后，得到第二坯体的温度应控制在1400～1700℃，若其温度＜1400℃，则塑性较差，锻压过程中容易造成崩角、裂边等缺陷；若其温度＞1700℃，则第二坯体的塑性过高，其难以维持较高的尺寸稳定性。示例性的第二坯体的温度为1420℃、1450℃、1480℃、1500℃、1600℃、1650℃，但不限于此。优选的，第二坯体的温度为1550～1600℃。
(5)将所述第二坯体在900～1250℃下保温20～30h，即得到高强度陶瓷型材成品。
具体的，通过在900～1250℃下保温，可促进第二坯体内莫来石晶体、氧化铝晶体的发育成长，进一步提升陶瓷型材的各项性能。优选的，保温温度为1150～1250℃，示例性的为1160℃、1180℃、1200℃、1230℃，1245℃，但不限于此。具体的，保温时间为20～30h，示例性的为20h、20.5h、22h、25h、26h、29h，但不限于此。优选的，保温时间为20～25h。
相应的，本发明还公开了一种高强度陶瓷型材，其采用上述制备方法制备而得，其主要应用在陶瓷烧成窑炉中，尤其应用在大板(对角线长度＞1.8m)烧成窑炉中。
下面以具体实施例对本发明进行说明：
实施例1
本实施例提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，混合料包括：
电熔刚玉30份，煅烧氧化铝20份，高岭土30份，铝矾土10份，莫来石10份；
(2)将混合料加热融化，得到熔体；
熔化温度为2200℃；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
成型后第一坯体的温度为2100℃；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
成型后第二坯体的温度为1600℃；锻压压力为20MPa
(5)将所述第二坯体在1240℃下保温30h，即得到高强度陶瓷型材成品。
实施例2
本实施例提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，混合料包括：
电熔刚玉40份，煅烧氧化铝17份，高岭土25份，铝矾土8份，莫来石10份；
(2)将混合料加热融化，得到熔体；
熔化温度为2300℃；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
成型后第一坯体的温度为2250℃；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
成型后第二坯体的温度为1580℃；锻压压力为15MPa
(5)将所述第二坯体在1180℃下保温25h，即得到高强度陶瓷型材成品。
实施例3
本实施例提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，混合料包括：
电熔刚玉50份，煅烧氧化铝15份，高岭土20份，铝矾土8份，莫来石7份；
(2)将混合料加热融化，得到熔体；
熔化温度为2250℃；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
成型后第一坯体的温度为2150℃；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
成型后第二坯体的温度为1580℃；锻压压力为18MPa
(5)将所述第二坯体在1210℃下保温20h，即得到高强度陶瓷型材成品。
实施例4
本实施例提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，混合料包括：
电熔刚玉45份，煅烧氧化铝17份，高岭土23份，铝矾土6份，莫来石9份；
(2)将混合料加热融化，得到熔体；
熔化温度为2280℃；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
成型后第一坯体的温度为2220℃；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
成型后第二坯体的温度为1650℃；锻压压力为15MPa
(5)将所述第二坯体在1240℃下保温22h，即得到高强度陶瓷型材成品。
实施例5
本实施例提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，混合料包括：
电熔刚玉42份，煅烧氧化铝18份，高岭土28份，铝矾土7份，莫来石5份；
(2)将混合料加热融化，得到熔体；
熔化温度为2250℃；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
成型后第一坯体的温度为2200℃；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
成型后第二坯体的温度为1620℃；锻压压力为15MPa
(5)将所述第二坯体在1240℃下保温22h，即得到高强度陶瓷型材成品。
实施例6
本实施例提供一种高强度陶瓷型材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
具体的，混合料包括：
电熔刚玉36份，煅烧氧化铝19份，高岭土28份，铝矾土9份，莫来石8份；
(2)将混合料加热融化，得到熔体；
熔化温度为2280℃；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
成型后第一坯体的温度为2200℃；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
成型后第二坯体的温度为1620℃；锻压压力为18MPa
(5)将所述第二坯体在1230℃下保温25h，即得到高强度陶瓷型材成品。
对比例1
本对比例提供一种陶瓷型材，其成品化学成分与实施例5相同；其制备方法为：
(1)将各种原料混合，经球磨制浆、喷雾制粉、等静压(150MPa)成型后得到坯体；
(2)将坯体经干燥、烧成后，得到陶瓷型材成品；
其中，烧成温度为1160℃，烧成周期为33h。
将实施例1～6、对比例1得到的陶瓷型材做测试，其中，弯曲强度采用三点法测试，热稳定性测试方法为：将陶瓷型材加热至1300℃，然后空冷至室温，检查是否有裂纹或断裂；总气孔率的测试方法为：(1)测试真密度：将试样粉磨至25μm以下后，采用真密度测试仪测试其真密度ρas，并根据标准方法测试其容重ρa；(2)根据下式计算总气孔率：
Pt＝100×(ρas-ρa)/ρas
具体测试结果如下：
从表中可以看出，采用本发明的制备方法得到的陶瓷型材，其弯曲强度、热稳定性均较常规制备方法更优。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将用于制备陶瓷型材的各种原料混合均匀，得到混合料；
(2)将所述混合料加热融化，得到熔体；
(3)将所述熔体浇入模具，成型得到第一坯体；
(4)将所述第一坯体进行锻压，得到第二坯体；
(5)将所述第二坯体在900～1250℃下保温20～30h，即得到高强度陶瓷型材成品。
2.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合料按照重量份计包括：
电熔刚玉30～50份，煅烧氧化铝10～20份，高岭土20～30份，铝矾土5～10份，莫来石5～10份。
3.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将所述混合原料在2200～2800℃加热熔融，得到熔体。
4.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，将第一坯体置入热锻模具中，并在惰性气氛中进行锻压。
5.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，锻压压力为10～20MPa。
6.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，成型得到的第一坯体的温度为2100～2700℃。
7.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，所述第二坯体的温度为1400～1700℃。
8.如权利要求1所述的高强度陶瓷型材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，成型得到的第一坯体的温度为2100～2200℃；
步骤(3)中，锻压后得到的第二坯体的温度为1550～1600℃。
9.一种高强度陶瓷型材，其特征在于，其由权利要求1～8任一项所述的高强度陶瓷型材的制备方法制备而得。
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