CN102503385A

CN102503385A - 低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法

Info

Publication number: CN102503385A
Application number: CN2011103091935A
Authority: CN
Inventors: 陈越军; 王志发; 卜景龙; 陈思思; 王榕林; 王瑞生
Original assignee: Hebei United University
Current assignee: Hebei United University
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明涉及一种低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，属高温结构陶瓷材料领域。该陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为：熔融石英细粉97～99％，纳米氧化镧1～3％。其制备方法是将熔融石英细粉、纳米氧化镧湿混后干燥，再加入聚乙烯醇溶液结合剂湿混，经过筛、搅拌、困料后获得坯体成型用坯料。坯体采用液压机成型，成型压强为≥50MPa。干燥后坯体经1300～1400℃高温烧成，保温1～3小时后获得含纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料。该陶瓷材料比纯熔融石英的晶化程度低的多。本发明可为我国玻璃、钢铁、冶金、电子、军工导弹、航天器等领域提供一种低晶化的新型熔融石英陶瓷材料，具有广阔的应用前景及强化国防的意义。

Description

低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法

技术领域

本发明属于高温结构陶瓷领域，具体涉及一种低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法。

背景技术

熔融石英陶瓷是指以石英玻璃或熔融石英为原料，经破碎、成型、烧成等一系列陶瓷的制作工艺制备的制品。熔融石英陶瓷又称为石英玻璃陶瓷、石英玻璃烧结制品。

熔融石英陶瓷在1300℃以上高温长期使用条件下，或经历1300℃以上高温急冷至室温的热震过程时，因构成熔融石英陶瓷的微细熔融石英为能量状态高的玻璃态，熔融石英颗粒易晶化为方石英，则熔融石英陶瓷中的物相由熔融石英大部转化为α-方石英，熔融石英的低热膨胀特性基本消失，在相变过程中伴随的体积效应使得熔融石英陶瓷材料的强度降低，导致材料开裂，其使用安全性可靠性大大将低。

因此，减小熔融石英陶瓷材料高温使用时的晶化作用，寻求抑制熔融石英颗粒晶化的技术途径，提高其使用的安全性及可靠性，成为熔融石英陶瓷材料需要解决的研究与应用课题。国外学者对熔融石英的光学性能和电学性能以及核性能等方面的进行了研究，而对熔融石英材料晶化抑制的研究甚少。国内部分研究者曾使用过常规粉体(粒径大于5微米)的Al₂O₃、B₂O₃、Na₂O、H₃BO₃、Si₃N₄、P₂O₅、Y₂O₃、La₂O₃作为熔融石英陶瓷的析晶抑制剂。这些添加剂虽然对熔融石英高温晶化具有一定的抑制析晶的作用，但是晶化抑制效果并不理想，当温度升高至1300℃以上温度时，熔融石英陶瓷材料仍会出现较明显的析晶现象。

本发明是采用纳米氧化镧作为晶化抑制剂引入到熔融石英陶瓷材料粉体中，粉体经成型及高温烧结后制得含纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料。与引入常规粉体氧化镧的熔融石英陶瓷材料样品以及未引入纳米氧化镧的纯熔融石英陶瓷材料空白样品比较，该熔融石英陶瓷材料具有强度高、晶化程度低、热膨胀系数小等优点，是一种安全性可靠性程度更高的熔融石英陶瓷材料。本发明可为我国玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金、电子、军工导弹、航天器等领域提供一种新型高温结构材料，具有广阔的应用前景及强化国防的意义。

发明内容

本发明的目的在于上述现有技术中的不足，提供一种强度高、低热膨胀、抗热震性能好、安全可靠性高的熔融石英陶瓷材料的制备方法。

本发明的技术方案与技术特征为：

本发明为一种低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于该陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为：熔融石英细粉97～99％，纳米氧化镧1～3％。该陶瓷材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体烧成。

熔融石英细粉的粒径为0.010～0.060mm，熔融石英细粉纯度的重量百分比为：SiO₂≥99.0％。纳米氧化镧的粒径＜100nm，纳米氧化镧纯度的重量百分比为：La₂O₃≥98.0％。

坯料制备方法：纳米氧化镧按重量配比计量后加入一定量无水乙醇搅拌0.5～2小时，然后在不断搅拌状态下逐步熔融石英细粉进行湿混，继续搅拌混合0.5～2小时后水浴加热搅拌至干燥粉体，将该粉体打散后在不断搅拌状态下逐步加入质量浓度1.5～2％的聚乙烯醇溶液5～7％(重量百分比，外加)并置于密闭塑料袋中困料，经4～6小时困料后获得可供压力成型的坯料。

坯体成型方法：将上述混合均匀并经困料的坯料采用液压机成型为坯体，坯体成型压强为≥50MPa。

坯体干燥方法：将成型后坯体在20℃室温干燥4～6小时，之后在60℃～70℃干燥1～2小时，最后经100℃干燥1～2小时获得供烧成的干燥坯体。

坯体烧成方法：干燥后的坯体经1300～1400℃高温烧成，保温1～3小时后获得含纳米氧化物的熔融石英陶瓷材料。

具体实施方式

实施例1

试样所用原料以及原料的重量百分比为：粒径为0.010～0.060mm的熔融石英细粉99％，粒径＜100nm的纳米氧化镧1％。首先向纳米氧化镧粉末中加入一定量无水乙醇搅拌2小时，然后在不断搅拌状态下逐步熔融石英细粉进行湿混，继续搅拌混合2小时后水浴加热搅拌至干燥松散状态，再将粉体过80目筛，过筛后在不断搅拌状态下逐步加入质量浓度2％的聚乙烯醇溶液7％(重量百分比，外加)置于密闭塑料袋中困料，经4小时困料后获得可供压力成型的坯料。坯料采用液压机成型为坯体，坯体成型压强为50MPa，将成型后坯体在20℃室温干燥6小时，之后在70℃干燥1小时，最后经100℃干燥2小时获得供烧成的干燥坯体，干燥后的坯体经1350℃高温烧成，保温1小时后获得含纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料。

该陶瓷材料的抗折强度为36.0MPa；热膨胀率0.03％(20～1000℃)，而未引入纳米氧化镧的熔融石英空白样品的抗折强度为8.6MPa；热膨胀率为1％(20～1000℃)。对比试验结果表明，含有1％纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料，熔融石英晶化为方石英的程度很小，其热膨胀率值仅为空白样品的3％，具有显著的晶化抑制效果。

实施例2

试样所用原料以及原料的重量百分比为：粒径为0.010～0.060mm的熔融石英细粉98％，粒径＜100nm的纳米氧化镧2％。首先向纳米氧化镧粉末中加入一定量无水乙醇搅拌2小时，然后在不断搅拌状态下逐步熔融石英细粉进行湿混，继续搅拌混合2小时后水浴加热搅拌至干燥松散状态，再将粉体过80目筛，过筛后在不断搅拌状态下逐步加入质量浓度2％的聚乙烯醇溶液7％(重量百分比，外加)置于密闭塑料袋中困料，经5小时困料后获得可供压力成型的坯料。坯料采用液压机成型为坯体，坯体成型压强为50MPa，将成型后坯体在20℃室温干燥6小时，之后在70℃干燥2小时，最后经100℃干燥2小时获得供烧成的干燥坯体，干燥后的坯体经1400℃高温烧成，保温1小时后获得含纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料。

该陶瓷材料的抗折强度为45.8MPa；热膨胀率1.00％(20～1000℃)，而末引入纳米氧化镧的空白样品的抗折强度为9.9MPa；热膨胀率为1.6％(20～1000℃)。对比试验结果表明，含有2％纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料，熔融石英晶化为方石英的程度小，其热膨胀率仅为空白样品的62.5％，具有明显的晶化抑制效果。

实施例汇总

实施例汇总表

Claims

1.本发明为低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于该陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为：熔融石英细粉97～99％，纳米氧化镧1～3％。该陶瓷材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体烧成。

2.如权利要求1所述的低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于所用熔融石英粉体的粒径为0.010～0.060mm，熔融石英粉体纯度的重量百分比为：SiO₂≥99.0％。

3.如权利要求1所述的低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于所用纳米氧化镧的粒径为＜100nm，纳米氧化镧纯度的重量百分比为：La₂O₃≥98.0％。

4.如权利要求1所述的低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于坯料的制备方法是将纳米氧化镧按重量配比计量后加入一定量无水乙醇搅拌0.5～2小时，然后在不断搅拌状态下逐步熔融石英细粉进行湿混，继续搅拌混合0.5～2小时后水浴加热搅拌至干燥粉体，将该粉体打散后在不断搅拌状态下逐步加入质量浓度1.5～2％的聚乙烯醇溶液5～7％(重量百分比，外加)并置于密闭塑料袋中困料，经4～6小时困料后获得可供压力成型的坯料。

5.如权利要求1所述的低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于坯体的成型方法是将上述混合均匀并经困料的坯料采用液压机成型为坯体，坯体成型压强为≥50MPa。

6.如权利要求1所述的低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于坯体的干燥方法是将成型后坯体在20℃室温干燥4～6小时，之后在60℃～70℃干燥1～2小时，最后经100℃干燥1～2小时获得供烧成的干燥坯体。

7.如权利要求1所述的低晶化熔融石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于坯体的烧成方法是将干燥后的坯体经1300～1400℃高温烧成，保温1～3小时后获得含纳米氧化镧的熔融石英陶瓷材料。