一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷的製作方法

2023-08-11 17:05:26

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷。

背景技術：

陶瓷材料應用廣泛，複合陶瓷目前在國內也轟轟烈烈開展起來。可以通過有針對性地添加某些元素和/或它們的化合物來調節到在每一情況下預定的用途。例如氧化鋁和氧化鋯是陶瓷材料，這些材料尤其單獨地或相互組合地加工成切削工具、催化劑載體或假體。然而陶瓷由於它本身的脆性，使其抗彎折能力和彈性強度不如人意，需要對其增韌，以得到良好的綜合效果。

用石英礦進行機械粉碎加工後就製成為矽微粉。它又分成：熔融矽微粉和結晶矽微粉。亞納米級球形矽微粉是指：粒徑在30～900nm之間。由於納米（1～20nm）矽微粉（導體）與矽微粉（絕緣體）的表面物化性能完全不同，所以應用領域也不同。由於球形矽微粉不同於角粉形矽微粉，其流動性好，對物體表體損傷小，而且相對於更細的納米矽微粉又具有價格成本優勢。故亞納米矽微粉廣泛應用在塑封料、有機矽、塗料、油墨、陶瓷、修補料等領域。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷，有效形成緻密、高韌性、高強度的複合陶瓷結構，以克服現有技術中存在的問題。

為了實現以上目的，本發明的技術方案是：

一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷，包括基質原料和助劑，所述基質原料包含以下重量份的組分：

氧化鋯65-80份

氧化鋁5-10份

高嶺土5-7份

鋰長石3-6份

鹼土金屬碳酸鹽3-8份

稀土金屬氧化物0-0.5份

玄武巖纖維4-8份

亞納米球形矽微粉3.5-7.5份；

所述助劑包含以下重量份的組分：

矽酸鈉3-5份

乙二醇單丁醚0.5-2份

氫氧化鋇1-2份

羧甲基纖維素1-3份

聚乙烯纖維0.5-1.5份

硫酸鉀1.2-2份

十二烷基硫酸鈉1.5-3份。

作為優選，所述亞納米球形矽微粉的粒徑及其分布為：粒徑在區間230~450nm範圍內的比例超過99%，且平均粒徑在360nm以下。

作為優選，所述鹼土金屬碳酸鹽為碳酸鈣、碳酸鍶、碳酸鋇中的一種或者其組合。

作為優選，所述玄武巖纖維平均直徑在5-10μm，長度3-12mm。

作為優選，所述稀土金屬氧化物包括氧化釔和鑭系元素氧化物。

本發明的有益效果在於：本發明配方簡單、製得陶瓷性能好。氧化鋯和氧化鋁作為主要基質製得的陶瓷本身比較有韌性，高嶺土、鋰長石、鹼土金屬碳酸鹽增加填充鋁矽酸鹽成分促進熔合；玄武巖纖維增強整體結構力學性能；稀土金屬氧化物提升綜合性能；亞納米球形矽微粉，以及亞納米球形矽微粉的粒度提高體系緻密度，使其熔合更緊密；助劑利於陶瓷燒結工藝的優化。本發明採取了多種韌性強化措施改進陶瓷的彈性和結構力學性能，特別是亞納米球形矽微粉提高了陶瓷基質的緊緻度，使其具有足夠高的韌性、強度、硬度和耐磨性能。

具體實施方式

為了更清楚地說明

本技術：
實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例作簡單地介紹。

實施例1

一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷，包括基質原料和助劑，所述基質原料包含以下重量份的組分：

氧化鋯69份

氧化鋁7份

高嶺土6份

鋰長石4.5份

鹼土金屬碳酸鹽6份

稀土金屬氧化物0.05份

玄武巖纖維5份

亞納米球形矽微粉3.5份；

所述助劑包含以下重量份的組分：

矽酸鈉5份

乙二醇單丁醚0.5份

氫氧化鋇2份

羧甲基纖維素1份

聚乙烯纖維1份

硫酸鉀1.2份

十二烷基硫酸鈉2份；

所述亞納米球形矽微粉的粒徑及其分布為：粒徑在區間230~450nm範圍內的比例超過99%，且平均粒徑在360nm以下；所述鹼土金屬碳酸鹽為碳酸鈣和碳酸鍶的混合物，且其物質的量比例2:1；所述玄武巖纖維平均直徑在5-10μm，長度3-12mm；所述稀土金屬氧化物包括氧化釔和鑭系元素氧化物。

試驗證明，本例製得的陶瓷韌性、強度、抗衝擊性能、耐刮性、防腐蝕性俱佳。

實施例2

一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷，包括基質原料和助劑，所述基質原料包含以下重量份的組分：

氧化鋯80份

氧化鋁10份

高嶺土5份

鋰長石3份

鹼土金屬碳酸鹽3份

稀土金屬氧化物0.2份

玄武巖纖維4份

亞納米球形矽微粉7.5份；

所述助劑包含以下重量份的組分：

矽酸鈉3份

乙二醇單丁醚1.2份

氫氧化鋇1.5份

羧甲基纖維素2份

聚乙烯纖維1.5份

硫酸鉀1.5份

十二烷基硫酸鈉1.5份；

所述亞納米球形矽微粉的粒徑及其分布為：粒徑在區間230~450nm範圍內的比例超過99%，且平均粒徑在360nm以下；所述鹼土金屬碳酸鹽為碳酸鈣、碳酸鍶、碳酸鋇的混合物，其物質的量比例1:1.5:1；所述玄武巖纖維平均直徑在5-10μm，長度3-12mm；所述稀土金屬氧化物包括氧化釔和鑭系元素氧化物。

試驗證明，本例製得的陶瓷韌性、強度、抗衝擊性能、耐刮性、防腐蝕性俱佳。

實施例3

一種含亞納米球形矽微粉的高韌性複合陶瓷，包括基質原料和助劑，所述基質原料包含以下重量份的組分：

氧化鋯65份

氧化鋁5份

高嶺土7份

鋰長石6份

鹼土金屬碳酸鹽8份

稀土金屬氧化物0.5份

玄武巖纖維8份

亞納米球形矽微粉5份；

所述助劑包含以下重量份的組分：

矽酸鈉4份

乙二醇單丁醚2份

氫氧化鋇1份

羧甲基纖維素3份

聚乙烯纖維0.5份

硫酸鉀2份

十二烷基硫酸鈉3份；

所述亞納米球形矽微粉的粒徑及其分布為：粒徑在區間230~450nm範圍內的比例超過99%，且平均粒徑在360nm以下；所述鹼土金屬碳酸鹽為碳酸鍶、碳酸鋇等物質的量比例混合物；所述玄武巖纖維平均直徑在5-10μm，長度3-12mm；所述稀土金屬氧化物包括氧化釔和鑭系元素氧化物。

試驗證明，本例製得的陶瓷韌性、強度、抗衝擊性能、耐刮性、防腐蝕性俱佳。

以上實施例僅用以說明本發明的優選技術方案，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員而言，在不脫離本發明原理的前提下，所做出的若干改進或等同替換，均視為本發明的保護範圍，仍應涵蓋在本發明的權利要求範圍中。