一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用天然矿物为原料的刚玉‑碳化硅晶须复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，所述基料的组成为铝硅酸盐矿物65～90wt％、金属铝粉10～35wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。此外，还公开了上述利用天然矿物为原料的刚玉‑碳化硅晶须复合陶瓷材料的制备方法。本发明专利技术采用天然矿物+金属铝粉为原料体系，通过原位合成的方式引入刚玉和碳化硅晶须，有效解决了现有技术工业粉料和骨料不易混匀的问题，极大地提高了刚玉‑碳化硅复合陶瓷材料的性能。本发明专利技术原料易得、工艺简单、烧成温度低、成品率高，对于提高刚玉‑碳化硅复合陶瓷材料的品质、以及节约产品成本具有重要意义，有利于推广应用和行业技术的进步与发展。

Corundum silicon carbide whisker composite ceramic material using natural mineral as raw material and preparation method thereof

The invention discloses a corundum silicon carbide whisker composite ceramic material with natural mineral as raw material, including base material and binder. The composition of the base material is 65 ~ 90wt% of aluminosilicate minerals and 10 to 35wt% of aluminum powder, and the amount of the binder is 6 ~ 12wt% of the base material. In addition, the preparation method of corundum silicon carbide whisker composite ceramic material using natural mineral as raw material is also disclosed. The invention adopts the natural mineral + metal aluminum powder as the raw material system, and introduces the corundum and the silicon carbide whisker by the method of in situ synthesis, effectively solving the problem that the existing technology industry powder and aggregate are not easy to mix well, and greatly improves the performance of the corundum silicon carbide composite ceramic material. The invention has the advantages of easy availability, simple process, low sintering temperature and high yield, which is of great significance for improving the quality of corundum carbide composite ceramic materials and saving the cost of products, and is conducive to the promotion and development of the application and industry technology.

【技术实现步骤摘要】
一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，尤其涉及一种刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
刚玉陶瓷作为一种高纯、细晶的材料，因具有高耐火度、高硬度、高强度和化学惰性等优点，长久以来得到了广泛的应用。然而，刚玉陶瓷由于断裂能较低，使其无法承受由于急冷急热所产生的热应力，因此容易导致断裂，从而制约了其在一些高温结构领域的应用。而碳化硅具有高热导率、高强度和高抗热震性等优点，可以弥补刚玉材料的不足，因此碳化硅结合刚玉材料是综合了二者优点的复相陶瓷材料，在耐火材料、研磨材料等领域具有广泛的应用。目前，现有技术刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料的制备，主要是以工业级碳化硅粉和刚玉粉为原料，即以刚玉粉为骨料，混入碳化硅粉进行改性。这种材料体系普遍存在着原料成本高、混料不匀、性能不均等问题；即便也有研究采用了原位合成晶须的方式引入碳化硅，但铝源和硅源仍旧选用的是工业级原料，不仅产品成本高，而且不易成型，产品成品率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，采用天然矿物+金属铝粉为原料体系，以便通过原位合成方式引入刚玉和碳化硅晶须，而获得高性能、低成本的碳化硅结合刚玉材料。本专利技术的另一目的在于提供上述利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，所述基料的组成为铝硅酸盐矿物65～90wt％、金属铝粉10～35wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。进一步地，本专利技术所述铝硅酸盐矿物为高岭土、红柱石、硅线石、蓝晶石、铝矾土中的一种或二种组合。进一步地，本专利技术所述铝硅酸盐矿物的粒度为180～250目；所述金属铝粉的粒度为180～325目。上述方案中，本专利技术所述结合剂为浓度5wt％的PVA溶液。本专利技术的另一目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的上述利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料的制备方法如下：将所述基料混合后，加入结合剂混合均匀；压制成型、干燥后得到的生坯，进行埋粉烧结，所述埋粉烧结采用碳源材料，烧成后即制得刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料。进一步地，本专利技术制备方法所述干燥后的生坯其水分含量＜0.5％。上述方案中，本专利技术制备方法所述碳源材料为石墨粉、炭粉、碳黑中的一种或二种组合。所述烧结温度为1400～1600℃，烧成时间为1～2h。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用天然铝硅酸盐矿物+金属铝粉的原料体系，利用金属铝粉与二氧化硅的反应置换出金属硅；金属铝粉和铝硅酸盐矿物中剩余的氧化铝原位合成得到刚玉。而金属硅在烧成过程中形成液相可促进烧结，并且与保护气氛中的一氧化碳原位反应合成得到碳化硅晶须，该晶须可均匀地分布在刚玉颗粒之间，从而有效解决了现有技术工业粉料和骨料不易混匀的问题，极大地提高了刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料的性能。(2)本专利技术主要使用的是天然矿物，具有良好的塑性，有助于提高成型性能，从而能够显著提高产品的成品率；并且，所用天然矿物具有储量大、分布广、价格低廉等优势，有助于降低产品成本。所用的金属铝粉具有较低的熔点，可在较低的烧成温度形成液相分散在坯体中，不仅有利于材料烧结，同时也有利于解决性能不均的问题。(3)本专利技术原位合成的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，抗热震性能好、烧成收缩低、机械强度高，其主要性能指标如下：天然矿物添加量≥50％、烧成收缩＜2％、热导率＞8W/(m·K)、抗折强度≥70MPa、1100℃～室温抗热震循环30次不开裂、1400℃下保温1h不软化不变形。(4)本专利技术原料易得、工艺简单、烧成温度低，并且对于提高刚玉-碳化硅复合陶瓷材料的品质、以及节约产品成本具有重要意义，因而具有广阔的市场前景，有利于推广应用和行业技术的进步与发展。附图说明下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述：图1是本专利技术实施例所制得的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料的断面显微结构图(扫描电镜二次电子像)。具体实施方式实施例一：1、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，基料的组成为高岭土(250目)65wt％、金属铝粉(180目)35wt％，结合剂为浓度5wt％的PVA溶液，其用量为基料的8wt％。2、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料如下：将上述基料混合后，加入结合剂混合均匀；经搅拌、困料后，根据产品尺寸选择适当的压力压制成型，在110℃温度下干燥而得到生坯(入窑水分＜0.5％)；然后埋石墨粉、在1450℃温度下烧成2h，即制得刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料。实施例二：1、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，基料的组成为高岭土(250目)40wt％、铝矾土(180目)40wt％、金属铝粉(325目)20wt％，结合剂为浓度5wt％的PVA溶液，其用量为基料的6wt％。2、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅复合陶瓷材料如下：将上述基料混合后，加入结合剂混合均匀；经搅拌、困料后，根据产品尺寸选择适当的压力压制成型，在110℃温度下干燥而得到生坯(入窑水分＜0.5％)；然后埋炭粉、在1500℃温度下烧成2h，即制得刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料。实施例三：1、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，基料的组成为高岭土(250目)30wt％、红柱石(180目)40wt％、金属铝粉(325目)30wt％，结合剂为浓度5wt％的PVA溶液，其用量为基料的8wt％。2、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料如下：将上述基料混合后，加入结合剂混合均匀；经搅拌、困料后，根据产品尺寸选择适当的压力压制成型，在110℃温度下干燥而得到生坯(入窑水分＜0.5％)；然后埋石墨粉、在1550℃温度下烧成2h，即制得刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料。实施例四：1、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，基料的组成为蓝晶石(250目)40wt％、硅线石(250目)25wt％、金属铝粉(325目)35wt％，结合剂为浓度5wt％的PVA溶液，其用量为基料的8wt％。2、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料如下：将上述基料混合后，加入结合剂混合均匀；经搅拌、困料后，根据产品尺寸选择适当的压力压制成型，在110℃温度下干燥而得到生坯(入窑水分＜0.5％)；然后埋石墨粉、在1600℃温度下烧成1h，即制得刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料。实施例五：1、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，基料的组成为高岭土(250目)40wt％、蓝晶石(180目)32wt％、金属铝粉(325目)28wt％，结合剂为浓度5wt％的PVA溶液，其用量为基料的8wt％。2、本实施例一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料如下：将上述基料混合后，加入结合剂混合均匀；经搅拌、困料后，根据产品尺寸选择适当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用天然矿物为原料的刚玉‑碳化硅晶须复合陶瓷材料，其特征在于：包括基料和结合剂，所述基料的组成为铝硅酸盐矿物65～90wt％、金属铝粉10～35wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。

【技术特征摘要】
1.一种利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，其特征在于：包括基料和结合剂，所述基料的组成为铝硅酸盐矿物65～90wt％、金属铝粉10～35wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。2.根据权利要求1所述的利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，其特征在于：所述铝硅酸盐矿物为高岭土、红柱石、硅线石、蓝晶石、铝矾土中的一种或二种组合。3.根据权利要求1所述的利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，其特征在于：所述铝硅酸盐矿物的粒度为180～250目；所述金属铝粉的粒度为180～325目。4.根据权利要求1所述的利用天然矿物为原料的刚玉-碳化硅晶须复合陶瓷材料，其特征在于：所述结合剂为浓度5wt％的PVA溶液。5.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐笑阳，劳新斌，李亚格，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：江西,36