一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板及制备方法技术

本发明专利技术提供一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板及制备方法，通过将煅烧氧化铝、镁质土、纳米级熔融石英、独居石、膨润土、叶腊石、黑滑石、钾钠长石、铝粉和三聚磷酸钠混合后，进行球磨处理，得到混合粉体，经过制浆和喷雾造粒后得到坯体粉料；坯体粉料压制成型为陶瓷板状生坯，随后将陶瓷板状生坯进行烧结后，得到陶瓷薄板坯体，再将陶瓷薄板坯体经上釉、表面打磨和抛光后，得到莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板。本发明专利技术的制备工艺简单，原料成本低廉，可应用于建筑装饰陶瓷、防护材料等商业领域。通过优化固相反应烧结制度，调控内部莫来石晶相析出速率及析出量，制备出的大规格陶瓷薄板力学性能优异，潜在商用市场广阔。潜在商用市场广阔。潜在商用市场广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板及制备方法


[0001]本专利技术属于金属基复合陶瓷薄板
，涉及一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着建筑陶瓷在家装领域的逐步兴起，建筑陶瓷薄板因兼具轻薄、能耗低和原料少等众多优点而万众瞩目，成为传统建筑陶瓷板材的重点研究方向，仅在2020年的国际市场份额就达到1000亿元，发展潜力巨大。
[0003]相较于传统建筑陶瓷板材而言，建筑陶瓷薄板的厚度仅为3
‑
5mm，其可节约30
‑
50％原材料用量、减少20
‑
40％生产排放，降低20
‑
30％生产能耗，成为传统建筑陶瓷板材产业的重要出路。但根据脆性材料厚度和破坏强度的力学关系可知，随着建筑陶瓷板材厚度的降低，其力学强度骤降，致使其成型困难，难以满足日常的家装、安全防护要求。因此，如何基于传统建筑陶瓷板材结构特点，展开系统性强韧化研究，是实现传统大规格建筑陶瓷板材薄型化的关键。
[0004]当前，针对传统大规格建筑陶瓷板材薄型化的难题，科学研究者主要通过调整铝含量、塑性等坯体配方参数，进而提升材料的综合力学性能，实现大规格建筑陶瓷板材薄型化。此外，还可以通过优化坯体配方组成，进而在体系中析出莫来石等增强相物质，对建筑陶瓷板材进行增强。但由于建筑陶瓷板材的坯体含有数十种氧化物，配方体系成分复杂，固相反应不可控，难以有效调控莫来石、蜡长石等增强相在基体相中均匀析出。欧阳海波等以莫来石陶瓷纤维毡为增强体，采用传统建筑陶瓷粉料为基体，借助真空吸渗法制备了莫来石纤维增强陶瓷薄板。研究发现，内部熔融态玻璃相可析出莫来石、蜡长石等增强相物质，有助于提升复合陶瓷薄板的综合力学性能，但内部自生长物质分散不均匀。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术开发出一种原位诱导生成莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的技术，通过优化固相反应烧结制度，调控内部莫来石相析出速率及析出量，制备出的大规格陶瓷薄板力学性能优异且成本低廉。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的制备方法，包括，
[0008]步骤1，将煅烧氧化铝、镁质土、纳米级熔融石英、独居石、膨润土、叶腊石、黑滑石、钾钠长石、铝粉和三聚磷酸钠均匀混合后，进行球磨处理，再经过筛，烘干后得到混合粉体A；
[0009]步骤2，将步骤1制得的混合粉体A进行预处理后，经过制浆和喷雾造粒后得到坯体粉料B；
[0010]步骤3，将步骤2制得的坯体粉料B压制成型为陶瓷板状生坯，随后将陶瓷板状生坯进行烧结后，得到陶瓷薄板坯体C，再将陶瓷薄板坯体C经上釉、表面打磨和抛光后，得到莫
来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板。
[0011]优选的，步骤1中煅烧氧化铝、镁质土、纳米级熔融石英、独居石、膨润土、叶腊石、黑滑石和钾钠长石的质量比为(30
‑
35)：(5
‑
10)：(20
‑
25)：(10
‑
15)：(1
‑
3)：(5
‑
10)：(5
‑
10)：(10
‑
15)；所述铝粉和三聚磷酸钠占混合粉体A的质量分别为5％
‑
10％和0.5％
‑
1.2％。
[0012]优选的，铝粉的粒径为100
‑
300nm。
[0013]优选的，步骤2中预处理为对步骤1制得的混合粉体A进行除铁和过筛。
[0014]优选的，步骤2中坯体粉料B的含水率为5％
‑
8％。
[0015]优选的，步骤3中陶瓷板状生坯的长、宽和厚度分别为700
‑
900mm、1500
‑
1700mm和2
‑
5mm。
[0016]优选的，步骤3中压制成型的具体工艺为：将坯体粉料B先从0MPa加压至30
‑
40MPa，保持压力10
‑
15s，随后再加压至60
‑
80MPa，保持压力25
‑
30s。
[0017]优选的，步骤3中烧结的具体过程为：在还原气氛条件下，以8
‑
10℃/min的升温速率从室温加热到1200
‑
1300℃并保温5
‑
10min，随后在氧化气氛下，以5
‑
8℃/min的降温速率降至1000
‑
1100℃并保温15
‑
20min，最后随炉自然冷却。。
[0018]优选的，还原气氛为甲烷和氢气的混合气体，所述甲烷与氢气的体积比为1:1
‑
3:1；所述氧化气氛为氧气。
[0019]一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板，由上述的制备方法制得。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术提出一种原位诱导生成莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板及制备方法，通过引入低成本纳米级烧结助剂，开发出原位内增韧配方体系；选用低成本钾钠长石作为烧结助剂，再依据析晶路线严格调控配方铝硅比，促进高温熔融玻璃相达到过饱和析晶状态，诱导内部原位、高效率析出高强度针状莫来石相；同时，选用低成本纳米级熔融石英作为烧结助剂，其具有比表面积高、反应活性大的特点，在高温下可熔融为流动态玻璃相，可借助渗透作用逸散、均匀分布于坯体之中，形成网状流动态熔融结构，促进内部气孔排气、颗粒重排；此外，选用低成本、微米级煅烧氧化铝作为弥散性颗粒增强相，可协同原位内生长的高强度针状莫来石相，构建“颗粒
‑
纤维”多维度共增强体系，当复合陶瓷薄板承载外界应力时，内部均匀分布的高强度颗粒状氧化铝、针状莫来石相可偏转内部微裂纹拓展路径，及时传递外界载荷并吸收载荷能量，进而有效提升复合陶瓷薄板的综合力学性能，避免材料失效。
[0022]进一步，本专利技术还引入了纳米级铝粉作为优质铝源参与构建内部硅氧四面体，促进颗粒重排，降低内部气孔数量，提升复合陶瓷薄板的力学结构稳定性；纳米级铝粉具有表面能高、比表面积高、熔点低的特点，在高温下以熔融态的形式吸附到玻璃相中，生成高铝低硅的过饱和熔融态玻璃相，在降温过程中析出高铝低硅、高强度针状莫来石相，提升了坯体增强相的含量，有利于提升复合陶瓷板的力学性能；纳米级铝粉粒径介于100
‑
300nm，分散效率高，可均匀分布在基体各个位置，填隙于微米级粉体颗粒之间，促进体系致密化进程，有助于基体相全方位、高效率析出高强度晶相，避免因内部晶相分布不均而致使材料断裂失效；本专利技术控制纳米级铝粉引入量，可促进内部析晶反应进程，同步保证复合陶瓷薄板的致密度、力学强度，而引入量过高/低则难以达到该有益效果。
[0023]进一步，本专利技术基于金属基坯料配方特色，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的制备方法，其特征在于，包括，步骤1，将煅烧氧化铝、镁质土、纳米级熔融石英、独居石、膨润土、叶腊石、黑滑石、钾钠长石、铝粉和三聚磷酸钠均匀混合后，进行球磨处理，再经过筛，烘干后得到混合粉体A；步骤2，将步骤1制得的混合粉体A进行预处理后，经过制浆和喷雾造粒后得到坯体粉料B；步骤3，将步骤2制得的坯体粉料B压制成型为陶瓷板状生坯，随后将陶瓷板状生坯进行烧结，得到陶瓷薄板坯体C，再将陶瓷薄板坯体C经上釉、表面打磨和抛光后，得到莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板。2.根据权利要求1所述一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的制备方法，其特征在于，所述步骤1中煅烧氧化铝、镁质土、纳米级熔融石英、独居石、膨润土、叶腊石、黑滑石和钾钠长石的质量比为(30
‑
35)：(5
‑
10)：(20
‑
25)：(10
‑
15)：(1
‑
3)：(5
‑
10)：(5
‑
10)：(10
‑
15)；所述铝粉和三聚磷酸钠占混合粉体A的质量分别为5％
‑
10％和0.5％
‑
1.2％。3.根据权利要求1所述一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的制备方法，其特征在于，所述铝粉的粒径为100
‑
300nm。4.根据权利要求1所述一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的制备方法，其特征在于，所述步骤2中预处理为对步骤1制得的混合粉体A进行除铁和过筛。5.根据权利要求1所述一种莫来石纤维增强金属基复合陶瓷薄板的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，钟辛子，黄剑锋，姬宇，王东平，蒋永，吴辰宇，胡肄琛，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：