一种低热膨胀系数复相陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷及其制备方法，属于复相陶瓷技术领域。本发明专利技术提供低热膨胀系数复相陶瓷由以下质量份的原料制备得到：磷酸锆粉65～70份；硅灰石粉20～25份；烧结助剂2～4份；聚乙烯醇1.5～2份。本发明专利技术以磷酸锆粉和硅灰石粉作为主要原料，从微观结构来看，磷酸锆呈层状，硅灰石具有高长径比，呈针状，能够插入磷酸锆的层状结构中与磷酸锆形成插层结构，使得复相陶瓷具有低热膨胀系数。同时，磷酸锆和硅灰石形成的插层结构还能够提高材料的机械强度，降低材料的导电性能，使复相陶瓷材料能够应用于严苛的使用环境中。

A composite ceramic with low thermal expansion coefficient and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低热膨胀系数复相陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及复相陶瓷
，特别涉及一种低热膨胀系数复相陶瓷及其制备方法。
技术介绍
陶瓷材料是最重要的无机非金属材料之一，是继金属材料、非金属材料之后兼有金属材料和高分子材料共同优点的材料，与现代化建设和人类生活息息相关。我国陶瓷技术相对较成熟，从以前的易碎性陶瓷到现代的结构陶瓷和功能陶瓷，陶瓷改性的脚步从未停止过，高性能的陶瓷在未来的生产生活中必将发挥重要的作用。陶瓷材料使用在苛刻的环境中对性能有严格的要求，一般在热应力下受到冲击容易破坏，抗热震性差，这跟材料的热膨胀系数相关，而低热膨胀陶瓷材料在抗耐热冲击方面有明显优势。然而，陶瓷材料生产的原材料多为多种无机矿物粉体，由于各种矿物的膨胀性能存在差异，使用热膨胀系数较高的粉体会影响整个陶瓷的性能，在烧结过程中容易产生裂纹，所得陶瓷制品抗耐热冲击性能差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低热膨胀系数复相陶瓷及其制备方法。本专利技术提供的复相陶瓷具有低热膨胀系数，同时具有高机械强度和低介电系数。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷，由包括以下质量份的原料制备得到：所述低热膨胀系数复相陶瓷包括硅酸钙相和磷酸锆相。优选的，所述原料包括：优选的，所述低热膨胀系数复相陶瓷在10-6/K下的热膨胀系数≤4.1。优选的，所述磷酸锆粉的粒度≤1μm；所述硅灰石粉的粒度≥100目，所述硅灰石粉中硅酸钙的质量百分含量≥94％。优选的，所述烧结助剂为氧化锌、氧化镁、氧化铜和氧化硼中的两种或两种以上。本专利技术提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸锆粉、硅灰石粉和烧结助剂混合，进行干磨，得到混合粉料；(2)将所述混合粉料与聚乙烯醇水溶液混合，进行湿磨，得到混合坯料；(3)对所述混合坯料依次进行预压制、冷等静压成型、干燥和烧结，得到低热膨胀系数复相陶瓷。优选的，所述干磨的转速为45～60r/min，时间为10～30min，所述混合粉料的细度D50≤45μm。优选的，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8～16％；所述湿磨的转速为50～60r/min，时间为20～30min；所述混合坯料的水分含量为15～25wt％。优选的，所述预压制的压力为10～15MPa，时间为20～30min；所述冷等静压成型的压力为250～300MPa，时间为20～40min。优选的，所述烧结的温度为1100～1200℃，时间为3～5h；升温至所述烧结温度的升温速率为100～120℃/h。本专利技术提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷，由以下质量份的原料制备得到：磷酸锆粉65～70份；硅灰石粉20～25份；烧结助剂2～4份；聚乙烯醇1.5～2份。本专利技术以磷酸锆粉和硅灰石粉作为主要原料，从微观结构来看，磷酸锆呈层状，硅灰石具有高长径比，呈针状，能够插入磷酸锆的层状结构中与磷酸锆形成插层结构，使得复相陶瓷具有低热膨胀系数。同时，磷酸锆和硅灰石形成的插层结构还能够提高材料的机械强度，使复相陶瓷材料能够应用于严苛的使用环境中。实施例结果表明，本专利技术提供的低热膨胀系数复相陶瓷在10-6/K下的热膨胀系数可低至3.9，抗弯强度可达140MPa，介电常数可低至3.4。本专利技术提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷的制备方法，此法操作简单，易于实现工业化大批量生产。具体实施方式本专利技术提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷，由包括以下质量份的原料制备得到：所述低热膨胀系数复相陶瓷包括硅酸钙相和磷酸锆相。以质量份数计，本专利技术提供的低热膨胀系数复相陶瓷的制备原料中包括65～70份的磷酸锆粉，优选为66～68份。在本专利技术中，所述磷酸锆粉的粒度优选≤1μm，更优选为0.5～1μm；所述磷酸锆粉的纯度优选≥97％，更优选≥98％。本专利技术对所述磷酸锆粉的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售或自行制备的磷酸锆粉末均可。当自行制备所述磷酸锆粉末时，可使用本领域技术人员熟知的化学共沉降法制备。以所述磷酸锆粉的质量份数为基准，所述原料包括20～25份的硅灰石粉，优选为22～24份。在本专利技术中，所述硅灰石粉的的粒度优选≥100目，更优选为100～300目。在本专利技术中，所述硅灰石粉中硅酸钙的质量百分含量优选≥94％，更优选≥96％。本专利技术对所述硅灰石粉的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售或自行制备的硅灰石粉即可。当自行制备硅灰石粉时，所述硅灰石粉的制备方法优选包括以下步骤：将硅灰石精矿依次进行粗破、研磨、水洗和干燥，得到硅灰石粉。本专利技术对所述硅灰石精矿的来源没有特殊的要求，其硅酸钙的质量百分含量能够≥94％即可。在本专利技术中，所述粗破后的硅灰石精矿粒径优选为2～4cm；在本专利技术的实施例中，优选使用颚式破碎机进行粗破。在本专利技术中，所述研磨的方式优选为水磨法，本专利技术优选使用水磨设备进行研磨，所述研磨的转速优选为45r/min。在本专利技术中，水磨研磨的产物优选为固含量为72％的硅灰石浆料，所述硅灰石浆料中硅灰石的粒径优选为100～300目。本专利技术对所述水洗和干燥的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的水洗和干燥方式即可。以所述磷酸锆粉的质量份数为基准，所述原料包括2～4份的烧结助剂，优选为2～3份。在本专利技术中，所述烧结助剂优选为氧化锌、氧化镁、氧化铜和氧化硼中的两种或两种以上。在本专利技术中，所述烧结助剂起到助熔、致密的作用。本专利技术通过使用两种或两种以上的复合烧结助剂，例如氧化镁与氧化铝，能够起到协效作用，与选择单独一种烧结助剂相比，更易降低固体燃料消耗，加快烧结过程燃烧速度，增加烧结矿产量和强度，提高烧结机利用系数。以所述磷酸锆粉的质量份数为基准，本专利技术提供的低热膨胀系数复相陶瓷的制备原料中包括1.5～2份的聚乙烯醇，优选为1.6～2份。在本专利技术中，所述聚乙烯醇的作用是促进磷酸锆粉和硅灰石粉成型。在本专利技术中，所述低热膨胀系数复相陶瓷在10-6/K下的热膨胀系数优选≤4.1，更优选≤3.9。本专利技术还提供了一种低热膨胀系数复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸锆、硅灰石和烧结助剂混合，进行干磨，得到混合粉料；(2)将所述混合粉料与聚乙烯醇水溶液混合，进行湿磨，得到混合坯料；(3)对所述混合坯料依次进行预压制、冷等静压成型、干燥和烧结，得到低热膨胀系数复相陶瓷。本专利技术将磷酸锆、硅灰石和烧结助剂混合，进行干磨，得到混合粉料。本专利技术对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可。本专利技术优选使用球磨设备进行所述干磨，所述干磨的转速优选为45～60r/min，更优选为50～55r/min，时间优选为10～30min，更优选为20min。在本专利技术中，所述混合粉料的粒度细度D50优选≤45μm，更优选为40～45μm。得到所述混合粉料后，本专利技术将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低热膨胀系数复相陶瓷，由包括以下质量份的原料制备得到：/n

【技术特征摘要】
1.一种低热膨胀系数复相陶瓷，由包括以下质量份的原料制备得到：



所述低热膨胀系数复相陶瓷包括硅酸钙相和磷酸锆相。


2.根据权利要求1所述的低热膨胀系数复相陶瓷，其特征在于，所述原料包括：





3.根据权利要求1或2所述的低热膨胀系数复相陶瓷，其特征在于，所述低热膨胀系数复相陶瓷在10-6/K下的热膨胀系数≤4.1。


4.根据权利要求1或2所述的低热膨胀系数复相陶瓷，其特征在于，所述磷酸锆粉的粒度≤1μm；所述硅灰石粉的粒度≥100目，所述硅灰石粉中硅酸钙的质量百分含量≥94％。


5.根据权利要求1或2所述的低热膨胀系数复相陶瓷，其特征在于，所述烧结助剂为氧化锌、氧化镁、氧化铜和氧化硼中的两种或两种以上。


6.权利要求1～5任意一项所述低热膨胀系数复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将磷酸锆粉、硅灰石粉和烧结助剂混合，进行干磨，得到混合粉料；
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴平飞，宋建强，邹检生，徐永华，周峰，温声平，
申请(专利权)人：江西广源化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江西;36