CN1482096A - 高温急变陶瓷材料及制品 - Google Patents

Abstract

一种以莫来石－堇青石－刚玉为基体的高温急变陶瓷材料其特征在于：所述的基体材料中掺入了5～10％重量份的氧化锆超细粉作为基体的改性添加剂；所用的基体材料由三氧化二铝、高岭土、烧滑石和膨润土配制而成，且所用莫来石其Al₂O₃含量74％以上，SiO₂含量23.5以上；所用堇青石其Al₂O₃34％以上，SiO₂含量49％以上；MgO含量14.6％以上；所用工业级a－Al₂O₃含量99.9％以上；所用高岭土其Al₂O₃含量在35％以上，SiO₂含量43％以上；所用烧滑石其SiO₂其含量58％以上；MgO含量30％以上，所用膨润土其Al₂O₃含量21％以上，SiO₂含量47.9％以上；所用添加剂氧化锆其氧化锆含量99.6％以上。

Description

高温急变陶瓷材料及制品

技术领域

本发明涉及一种高温急变陶瓷材料及制品，属高温陶瓷材料制作方法类，尤其是指适用于精密浇铸行业用的模具。

技术背景

随着我国宇航、航空及原子能及其它新型能源的深入开发使用，不仅对高温、高强材料的需求越来越广泛，而且对其耐高温、高强度性能要求也越来越苛刻。几十年以来，人们为达到上述使用目的，已经从耐800-1100℃的金属基高温合金材料的研发使用，推进到以陶瓷为基础材料的耐高温、高强材料领域。目前，市场上具有耐高温、搞热震性能、抗金属熔蚀性的无机陶瓷材料种类不少，可供用户选择的材料中常见的有莫来石、莫来石——堇青石，刚玉、碳化硅等材料，这些材料虽有它优良性能的一面，但还是难以满足特种铸造行业——航空零部件铸造行业的苛刻要求。因为这种行业中不仅需要能耐1650℃以上高温，而且还要求具有很强抗热震性、抗金属熔融体熔蚀性和抗金属熔体冲刷性的陶瓷新材料。很显然，目前我国国内传统陶瓷业是无法做到的：因此，为我国一些特殊工业行业寻求一种高温急变材料，无疑是发明的主要目的和归宿。

技术内容

本发明的目的是：提供一种高温急变陶瓷材料的制作方法及其制品，希望它既能耐1650℃以上高温使用环境，能耐高温急变，而且还有良好的抗热震性和抗熔蚀性及抗热液冲刷性。

具体实施方式

本发明提出的这种高温急变陶瓷材料及制品，它是对目前公知的莫来石、堇青石陶瓷材料的一种创造性改进。

这种以莫来石——堇青石为基础的陶瓷材料，添加工业用三氧化二铝、氧化锆、高岭土、烧滑石和膨润土配制而成，并且要求所采用的莫来石、堇青石、氧化浩粉料、高岭土、烧滑石膨润土等各组分的化学成份应符合下表所列的指标要求。

	Al2O3	SiO2	MgO	Fe2O3	CaO	K2O	Na2O	TiO2	ZrO2
										莫来石	74.2	23.5		0.12	0.32
堇青石	34.5	49.65	14.62	0.02	0.05	0.02	0.01
										三氧化二铝	99.95
高岭土	35.4	43.36		0.50
										烧滑石	1.12	58.15	30.25	0.56	0.80
膨润土	21.43	47.97	2.07	1.12	1.79	7.02	0.51

根据上述配料要求搭配的这种高温急变陶瓷材料，其二大发明要点是在以莫来石——堇青石——刚玉质材料的主配料中掺入了5-10％重量份的超细ZrO₂粉料作为添加剂；第三大要点是将旋压成型干燥后的坏体放入含水量为42％-54％的CaO——ZrO₂，也可以用MgO——ZrO₂，Y₂O₃——ZrO₂或GeO₂——ZrO₂来调配，但是要求配制浸渗浆料中的ZrO₂的含量应在94％以上。

由于采用上述配比及制作工艺，尤其是在以莫来石——堇青石——刚玉材质基体的组合材料中添加ZrO₂，因而使基体材料成为陶瓷构件后，该构件的热性能得到进一步改善，同时有助于基体与渗锆成接触面形成中间过度层，避免了因材质的热膨胀系数不同，使成型材料受热时发生炸裂。

另外，在本发明中采用含水量42％～52％的CaO——ZrO₂浆料对新材料构件的表面进行浸渗，这种浸渗层具有优良的耐高温、抗金属熔体的熔蚀性，因为这种CaO——ZrO₂浆料(当然也可以采用MgO，Y₂O₃、GeO₂与ZrO₂配制浆料)可有效抑制Zr、O元素活度，大大减弱了向金属熔体接触面扩散的能力；尤其是本发明中提出浸渗层的厚度控制在100微米～150微米，因而使使用该材料和与之相配的器件制作方法获得的高温急变陶瓷材料器件具有优良的抗金属熔体的耐冲刷性和适宜的抗热震性。这种CaO-ZrO₂浸渗浆料中，其CaO含量应不低于5.1％，ZrO₂含量不低于94.5％。

这种高温急变陶瓷材料构件，其制作工艺流程与传统陶瓷器件的相似，其烧成后的产品各项技术指标如下：

体积密度：2.348/cm3

热膨胀系数：3.0×10^-6/℃

荷重软化温度：1700℃

热稳定性：1300℃-20℃水冷6次不裂

经有关厂家使用表明，材料耐高温性能超过1700℃；在4秒钟内能经受200Kg1700℃金属熔体冲击而不炸裂，表明其有优良抗热震性能；与金属熔体的接触面反应厚度仅为30～55微米，表明其具良好抗金属熔体的熔蚀性，有害杂质Pb、Fe、Ag、Bi、均在有限范围内，不会影响铸件内在质量。

Claims (5)

1、一种以莫来石——堇青石——刚玉质材料为基材的高温急变陶瓷材料，其特征在：

A、所述的基体材料中掺入5-10％重量份的氧化锆超细粉作为基体的改性添加剂：

B、所述的基材是以莫来石——堇青石为基础经添加工业用三氧化二铝、氧化锆、高岭土、烧滑石和膨润土配制而成，并且要求所采用的莫来石中的AL₂O₃含量在74％以上，SiO₂含量在23.5％以上，所采用的堇青石中的AL₂O₃含量在34％以上，SiO₂含量在49％以上，CaO含量在14.6％以上；所采用的工业用三氧化二铝中AL₂O₃的含量在99.9％以上，且其细度在30微米以下，所采用的氧化锆中ZrO₂的含量在99.6％以上；所采用的高岭土其中AL₂O₃的含量在35％以上，SiO₂含量在43％以上；所用烧滑石中SiO₂含量在58％以上，MgO含量在30％以上，所用膨润土中AL₂O₃含量在21％以上，SiO₂含量47.9％以上。

2、如权利要求1所述的高温急变陶瓷材料构件，其特征在于应将该构件置于含水量为42％～54％的CaO——ZrO₂浆料中对构件表面进行浸渗处理。

3、如权利要求1所述的高温急变陶瓷材料构件，其特征在于所述浆料浸渗层的厚度在100-150微米为宜。

4、如权利要求1所述的高温急变陶瓷材料构件，其特征在于所述浸渗用浆料中的CaO由MgO、Y₂O₃或GeO₂来替代。

5、如权利要求1所述的高温急变陶瓷材料构件，其特征在于所用上述材料制作的构件在1400～1600℃高温下烧制而成。