CN116926399B - 一种特种陶瓷材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特种陶瓷材料，包括以下重量份原料；改性碳化硅粉末80‑90份、氧化锆5‑8份、氧化镍4‑8份、氧化锌2‑6份；特种陶瓷材料的制备方法,将得到的改性碳化硅粉末以氦气作为保护气体，在800‑1000℃下煅烧5h，然后空冷至室温，磨粉，得改性碳化硅粉末颗粒；将氧化锆、氧化镍、氧化锌和改性碳化硅粉末颗粒混合，加热，煅烧，球磨粉碎，得到陶瓷预料颗粒；将陶瓷预料颗粒与去离子水混合，再放入球磨机中球磨16‑18h，然后造型，煅烧，最后空冷至室温，得到特种陶瓷材料，本发明的特种陶瓷材料具有极高的硬度、优异的断裂韧性、良好的弯曲强度、极低密度、极低的热膨胀系数、较高工作温度和耐磨性能的性能。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种特种陶瓷材料及其制备方法与应用。
背景技术
中国专利CN105418054B公开了一种新型特种陶瓷材料的制备方法，所述新型特种陶瓷材料的制备方法，包括将红色粘土、钠长石、硅灰石、纳米级三氧化二铝和五氧化二铌混合，然后放入球磨机中磨粉，过230目筛，再将助剂和氮化硼送入球磨机中球磨18.5h，再加入氢氧化钾，继续球磨2.5h，水洗至PH值为7.6，过滤得到粉末；
现有技术中，特种陶瓷由于在硬度、断裂韧性、弯曲强度、密度、热膨胀系数、工作温度和耐磨性能方面表现不够优秀，在应用于核燃料芯块冲压模具，存在着磨损较大，使用效果差的问题。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种特种陶瓷材料及其制备方法与应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种特种陶瓷材料，包括以下重量份原料；
改性碳化硅粉末80-90份、氧化锆5-8份、氧化镍4-8份、氧化锌2-6份；
其中，改性碳化硅的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：金属铁、镧、钇、铝熔融共混，制得共混合金，将共混合金，在温度为580-600℃的条件下，进行均质化处理7-9h，制得合金粉末；
步骤2：称取碳化硅粉末与合金粉末进行混合，再加入铜粉，石墨粉以及硬脂酸锌，通过混料机进行充分混匀后，再加入粘结剂甘油，再混匀，得到碳化硅混料；
步骤3：将碳化硅混料在500-600MPa条件下通过油压机冷压成型，得到成型物料，再采用嵌入式埋粉法，即将成型物料置于小坩埚中，并将剩余空间用石墨粉填充完毕，使试样位于坩埚中央，然后将其倒扣于大坩埚内，将坩埚置于高温炉中，在1100℃条件下保温2h，待炉冷后取出，则得到改性碳化硅粉末。
作为本发明进一步的方案：金属铁、镧、钇、铝质量比为10-30：2-4：2-6：10-30。
作为本发明进一步的方案：碳化硅粉末、合金粉末、铜粉，石墨粉、硬脂酸锌和甘油的质量比为20-30:50-60:1-3:2-5:1-3：0.2-0.4。
一种特种陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤1：将得到的改性碳化硅粉末以氦气作为保护气体，在800-1000℃下煅烧5h，然后空冷至室温，送入球磨机磨粉，过120-130目筛，得改性碳化硅粉末颗粒；
步骤2：将氧化锆、氧化镍、氧化锌和改性碳化硅粉末颗粒混合并搅拌，加热至980-990℃，并煅烧2h，球磨粉碎，过80目筛，得到陶瓷预料颗粒；
步骤3：将陶瓷预料颗粒与去离子水按质量比为4：3混合，再放入球磨机中球磨16-18h，然后造型，在氦气的氛围中，800-900℃温度下煅烧2h，再将温度提高至1280℃，煅烧4.5h，保温1.5h，最后空冷至室温，得到特种陶瓷材料。
一种特种陶瓷材料的应用于核燃料芯块冲压模具。
本发明的有益效果：
本发明改性碳化硅粉末，通过碳化硅粉末与合金粉末进行复合，其可以有效提高其改性碳化硅粉末耐磨性能，而由改性碳化硅粉末制备得到的特种陶瓷材料也将具备着很好的耐磨性；
以及，改性碳化硅粉末制备用的合金粉末添加，由铁、铝复配熔融共混可以有效提高碳化硅粉末的强度、断裂韧性和弯曲强度，镧、钇的添加可有效降低碳化硅粉末在烧结时的开孔率，提高石英坩埚和高致密性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明为一种特种陶瓷材料，包括以下重量份原料；
改性碳化硅粉末80份、氧化锆5份、氧化镍4份、氧化锌2份；
其中，改性碳化硅的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：金属铁、镧、钇、铝熔融共混，制得共混合金，将共混合金，在温度为580-600℃的条件下，进行均质化处理7-9h，制得合金粉末；
其中，金属铁、镧、钇、铝质量比为10：2：2：10；
步骤2：称取碳化硅粉末与合金粉末进行混合，再加入铜粉，石墨粉以及硬脂酸锌，通过混料机进行充分混匀后，再加入粘结剂甘油，再混匀，得到碳化硅混料；
其中，碳化硅粉末、合金粉末、铜粉，石墨粉、硬脂酸锌和甘油的质量比为20:50:1:2:1：0.2；
步骤3：将碳化硅混料在500-600MPa条件下通过油压机冷压成型，得到成型物料，再采用嵌入式埋粉法，即将成型物料置于小坩埚中，并将剩余空间用石墨粉填充完毕，使试样位于坩埚中央，然后将其倒扣于大坩埚内，将坩埚置于高温炉中，在1100℃条件下保温2h，待炉冷后取出，则得到改性碳化硅粉末。
实施例2
本发明为一种特种陶瓷材料，包括以下重量份原料；
改性碳化硅粉末85份、氧化锆6份、氧化镍6份、氧化锌4份；
其中，改性碳化硅的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：金属铁、镧、钇、铝熔融共混，制得共混合金，将共混合金，在温度为580-600℃的条件下，进行均质化处理7-9h，制得合金粉末；
其中，金属铁、镧、钇、铝质量比为20：3：4：20；
步骤2：称取碳化硅粉末与合金粉末进行混合，再加入铜粉，石墨粉以及硬脂酸锌，通过混料机进行充分混匀后，再加入粘结剂甘油，再混匀，得到碳化硅混料；
其中，碳化硅粉末、合金粉末、铜粉，石墨粉、硬脂酸锌和甘油的质量比为25:55:2:4:2：0.3；
步骤3：将碳化硅混料在500-600MPa条件下通过油压机冷压成型，得到成型物料，再采用嵌入式埋粉法，即将成型物料置于小坩埚中，并将剩余空间用石墨粉填充完毕，使试样位于坩埚中央，然后将其倒扣于大坩埚内，将坩埚置于高温炉中，在1100℃条件下保温2h，待炉冷后取出，则得到改性碳化硅粉末。
实施例3
本发明为一种特种陶瓷材料，包括以下重量份原料；
改性碳化硅粉末90份、氧化锆8份、氧化镍8份、氧化锌6份；
其中，改性碳化硅的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：金属铁、镧、钇、铝熔融共混，制得共混合金，将共混合金，在温度为580-600℃的条件下，进行均质化处理7-9h，制得合金粉末；
其中，金属铁、镧、钇、铝质量比为30：4：6：30；
步骤2：称取碳化硅粉末与合金粉末进行混合，再加入铜粉，石墨粉以及硬脂酸锌，通过混料机进行充分混匀后，再加入粘结剂甘油，再混匀，得到碳化硅混料；
其中，碳化硅粉末、合金粉末、铜粉，石墨粉、硬脂酸锌和甘油的质量比为30:60:3:5:3：0.4；
步骤3：将碳化硅混料在500-600MPa条件下通过油压机冷压成型，得到成型物料，再采用嵌入式埋粉法，即将成型物料置于小坩埚中，并将剩余空间用石墨粉填充完毕，使试样位于坩埚中央，然后将其倒扣于大坩埚内，将坩埚置于高温炉中，在1100℃条件下保温2h，待炉冷后取出，则得到改性碳化硅粉末。
实施例4
基于上上实施例1-3，本发明为一种特种陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将得到的改性碳化硅粉末以氦气作为保护气体，在800-1000℃下煅烧5h，然后空冷至室温，送入球磨机磨粉，过120-130目筛，得改性碳化硅粉末颗粒；
步骤2：将氧化锆、氧化镍、氧化锌和改性碳化硅粉末颗粒混合并搅拌，加热至980-990℃，并煅烧2h，球磨粉碎，过80目筛，得到陶瓷预料颗粒；
步骤3：将陶瓷预料颗粒与去离子水按质量比为4：3混合，再放入球磨机中球磨16-18h，然后造型，在氦气的氛围中，800-900℃温度下煅烧2h，再将温度提高至1280℃，煅烧4.5h，保温1.5h，最后空冷至室温，得到特种陶瓷材料。
实施例5
基于上述实施例1-4，本发明一种特种陶瓷材料应用于核燃料芯块冲压模具。
对比例1
对比例1采用中国专利号为CN105418054B公开的特种陶瓷材料；
将实施例1-3与对比例1进行性能测试，测试结果见下表；
由上述表格对比可以看出，本发明制备得到的特种陶瓷材料具有极高的硬度、优异的断裂韧性、良好的弯曲强度、极低密度、极低的热膨胀系数、较高工作温度和耐磨性能的性能。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种特种陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份原料；
改性碳化硅粉末80-90份、氧化锆5-8份、氧化镍4-8份、氧化锌2-6份；
其中，改性碳化硅的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：金属铁、镧、钇、铝熔融共混，制得共混合金，将共混合金，在温度为580-600℃的条件下，进行均质化处理7-9h，制得合金粉末；
步骤2：称取碳化硅粉末与合金粉末进行混合，再加入铜粉，石墨粉以及硬脂酸锌，通过混料机进行充分混匀后，再加入粘结剂甘油，再混匀，得到碳化硅混料；
步骤3：将碳化硅混料在500-600MPa条件下通过油压机冷压成型，得到成型物料，再采用嵌入式埋粉法，即将成型物料置于小坩埚中，并将剩余空间用石墨粉填充完毕，使试样位于坩埚中央，然后将其倒扣于大坩埚内，将坩埚置于高温炉中，在1100℃条件下保温2h，待炉冷后取出，则得到改性碳化硅粉末。
2.根据权利要求1所述的一种特种陶瓷材料,其特征在于，金属铁、镧、钇、铝质量比为10-30：2-4：2-6：10-30。
3.根据权利要求1所述的一种特种陶瓷材料,其特征在于，碳化硅粉末、合金粉末、铜粉，石墨粉、硬脂酸锌和甘油的质量比为20-30:50-60:1-3:2-5:1-3：0.2-0.4。
4.根据权利要求1所述的一种特种陶瓷材料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将得到的改性碳化硅粉末以氦气作为保护气体，在800-1000℃下煅烧5h，然后空冷至室温，送入球磨机磨粉，过120-130目筛，得改性碳化硅粉末颗粒；
步骤2：将氧化锆、氧化镍、氧化锌和改性碳化硅粉末颗粒混合并搅拌，加热至980-990℃，并煅烧2h，球磨粉碎，过80目筛，得到陶瓷预料颗粒；
步骤3：将陶瓷预料颗粒与去离子水按质量比为4：3混合，再放入球磨机中球磨16-18h，然后造型，在氦气的氛围中，800-900℃温度下煅烧2h，再将温度提高至1280℃，煅烧4.5h，保温1.5h，最后空冷至室温，得到特种陶瓷材料。
5.根据权利要求1所述的一种特种陶瓷材料的应用,其特征在于，应用于核燃料芯块冲压模具。
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| Title |
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| 尹邦跃主编.《陶瓷核燃料工艺》.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2016,第33页. * |
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