高溫急變陶瓷材料及製作方法
2023-08-06 21:27:26 2
專利名稱：高溫急變陶瓷材料及製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫急變陶瓷材料及製做方法，屬高溫陶瓷材料製作方法類，尤其是指適用於精密澆鑄行業用的陶瓷模具製作。
背景技術：
隨著我國宇航、航空及原子能及其它新型能源的深入開發使用，不僅對高溫、高強材料的需求越來越廣泛，而且對其耐高溫、高強度性能要求也越來越苛刻。幾十年以來，人們為達到上述使用目的，已經從耐800-1100℃的金屬基高溫合金材料的研發使用，推進到以陶瓷為基礎材料的耐高溫、高強材料領域。目前，市場上具有耐高溫、高熱震性能、抗金屬熔蝕性的無機陶瓷材料種類不少，可供用戶選擇的材料中常見的有莫來石、莫來石——堇青石、剛玉、碳化矽等材料，這些材料雖有它優良性能的一面，但還是難以滿足特種鑄造行業——航空零部件鑄造行業的苛刻要求。因為這種行業中不僅需要能耐1650℃以上高溫，而且還要求具有很強抗熱震性、抗金屬熔融體熔蝕性和抗金屬熔體衝刷性的陶瓷新材料。很顯然，目前我國國內傳統陶瓷業是無法做到的因此，為我國一些特殊工業行業尋求一種高溫急變材料，無疑是發明的主要目的和歸宿。
技術內容本發明的目的是提供一種高溫急變陶瓷材料的配製及製作方法，希望它既能耐1650℃以上高溫使用環境，而且還有良好的抗熱震性和抗熔蝕性及抗熱液衝刷性。
本發明提出的這種高溫急變陶瓷材料及製品，它是對目前公知的莫來石、堇青石陶瓷材料的一種創造性改進，它由粘土、工業用三氧化二鋁、堇青石、二氧化鋯和莫來石組成，其特徵在於該高溫急變陶瓷材料各組成物的重量百分比含量分別是粘土10-35％、工業用三氧化二鋁15-20、堇青石10-15、二氧化鋯5-8、莫來石35-50。
所述莫來石中的Al2O3含量在74％以上，SiO2含量在23.5％以上，所採用的堇青石中的Al2O3含量在34％以上，SiO2含量在49％以上，MgO含量在14.6％以上；所採用的工業用三氧化二鋁中的Al2O3含量在99.9％以上；且其細度在30微米以下，所採用的二氧化鋯中ZrO2的含量在99.6％以上；所採用的高嶺土，其中的Al2O3含量在35％以上，SiO2含量在43％以上；所用燒滑石中SiO2含量在58％以上，MgO含量在30％以上，所用膨潤土中Al2O3含量在21％以上，SiO2含量47.9％以上。
這種高溫急變陶瓷材料，其製作方法由配料、球磨、過篩除鐵、壓濾、脫水、真空練泥、旋壓成型、乾燥、燒成九道工序完成；並且其球磨的時間在10-14小時，球磨時的料、水、球比為1∶2∶0.55，球磨後的粉料過250目篩後的篩餘料應小於0.3‰；此外該工藝方法中進行真空練泥時的真空度為-0.9～0.85MP。
應用上述材料的高溫急變陶瓷材料構件，在1400-1600℃高溫下燒制而成。
具體實施例方式
根據上述配料要求搭配的這種高溫急變陶瓷材料，它由粘土、工業用三氧化二鋁、堇青石、二氧化鋯和莫來石組成，其特徵在於該高溫急變陶瓷材料各組成物的重量百分比含量分別是粘土10-35％、工業用三氧化二鋁15-20％、堇青石10-15％、二氧化鋯5-8％、莫來石35-50％，並且要求所採用的莫來石、堇青石、二氧化鋯粉料、高嶺土、燒滑石膨潤土等各組分的化學成份應符合下表所列的指標要求。
在上述組合材料中，粘土、工業用三氧化二鋁、堇青石、二氧化鋯和莫來石(重量百分比)的組合方式如下1、粘土10％，工業用三氧化二鋁20％，堇青石15％，二氧化鋯5％。莫來石50％。
2、粘土35％，工業用三氧化二鋁17.5％，堇青石10％，二氧化鋯7.5％。莫來石30％。
3、粘土22.5％，工業用三氧化二鋁15％，堇青石12.5％，二氧化鋯7.5％。莫來石42.5％。
根據上述配料要求搭配的這種高溫急變陶瓷材料，其發明要點是在以莫來石——堇青石——剛玉質材料的主配料中摻入了5-10％重量份的超細ZrO2粉料作為添加劑；另一要點是將旋壓成型乾燥後的成型坯體放入含水量為42％-54％的Cao——ZrO2,也可以用MgO——ZrO2，Y2O3——ZrO2或GeO2——ZrO2來調配，但是要求配製浸滲漿料中的ZrO2的含量應在94％以上。這種高溫急變陶瓷材料，它經配料、球磨、過篩除鐵、壓濾、脫水、真空練泥、旋壓成型、乾燥、燒成九道工序完成；並且要求其球磨的時間在10-14小時，球磨時的料∶水∶球比為1∶2∶0.55，球磨後的粉料過250目篩後的篩餘料應小於0.3‰；此外該工藝方法中進行真空練泥時的真空度為-0.9～0.85MP。
用上述材料製作的構件在1400-1600℃高溫下燒制而成。
由於採用上述配比及製作工藝，尤其是在以莫來石——堇青石——剛玉材質基體的組合材料中添加ZrO2，因而使基體材料成為陶瓷構件後，該構件的熱性能得到進一步改善，同時有助於基體與滲鋯成接觸面形成中間過度層，避免了因材質的熱膨脹係數不同，使成型材料受熱時發生炸裂。
另外，在本發明中採用含水量42％～52％的CaO——ZrO2漿料對新材料構件的表面進行浸滲，這種浸滲層具有優良的耐高溫、抗金屬熔體的熔蝕性，因為這種CaO——ZrO2漿料(當然也可以採用MgO，Y2O3、GeO2與ZrO2配製漿料)可有效抑制Zr、O元素活度，大大減弱了向金屬熔體接觸面擴散的能力；尤其是本發明中提出浸滲層的厚度控制在100微米～150微米，因而使使用該材料和與之相配的器件製作方法獲得的高溫急變陶瓷材料器件具有優良的抗金屬熔體的耐衝刷性和適宜的抗熱震性。這種CaO-ZrO2浸滲漿料中，其CaO含量應不低於5.1％，ZrO2含量不低於94.5％。
這種高溫急變陶瓷材料構件，其製作工藝流程與傳統陶瓷器件的相似(即前述九道工序)，其燒成後的產品各項技術指標如下體積密度2.348/cm3熱膨脹係數3.0×10-6/℃荷重軟化溫度1700℃熱穩定性1300℃-20℃水冷6次不裂經有關廠家使用表明，材料耐高溫性能超過1700℃；在4秒鐘內能經受200Kg1700℃金屬熔體衝擊而不炸裂，表明其有優良抗熱震性能；與金屬熔體的接觸面反應厚度僅為30～55微米，表明其具良好抗金屬熔體的熔蝕性，有害雜質Pb、Fe、Ag、Bi、均在有限範圍內，不會影響鑄件內在質量。
權利要求
1.一種以莫來石—堇青石—剛玉質材料為基材的高溫急變陶瓷材料，它由粘土、工業用三氧化二鋁、堇青石、二氧化鋯和莫來石組成，其特徵在於該高溫急變陶瓷材料各組成物的重量百分比含量分別是粘土10-35％、工業用三氧化二鋁15-20、堇青石10-15、二氧化鋯5-8、莫來石35-50。
2.如權利要求1所述的一種高溫急變陶瓷材料，其特徵在於所述莫來石，其中的Al2O3含量在74％以上，SiO2含量在23.5％以上，所採用的堇青石中的Al2O3含量在34％以上，SiO2含量在49％以上，MgO含量在14.69％以上；所採用的工業用三氧化二鋁中的Al2O3含量在99.9％以上；且其細度在30微米以下，所採用的氧化鋯中ZrO2的含量在99.6％以上；所採用的高嶺土，其中的Al2O3含量在35％以上，SiO2含量在43％以上；所用燒滑石中SiO2含量在58％以上，MgO含量在30％以上，所用膨潤土中Al2O3含量在21％以上，SiO2含量47.9％以上。
3.如權利要求1所述的一種高溫急變陶瓷材料，其特徵在於它須經配料、球磨、過篩除鐵、壓濾、脫水、真空練泥、旋壓成型、乾燥、燒成九道工序完成。
4.如權利要求1所述的一種高溫急變陶瓷材料，其特徵在於其球磨的時間在10-14小時，球磨時的料、水、球比為1∶2∶0.55，球磨後的粉料過250目篩後的篩餘料應小於0.3‰。
5.如權利要求1所述的一種高溫急變陶瓷材料，其特徵在於該工藝方法中進行真空練泥時的真空度為-0.9～0.85MP。
6.如權利要求1所述的一種高溫急變陶瓷材料，其特徵在於所用上述材料製作的構件在1400-1600℃高溫下燒制而成。
全文摘要
一種以莫來石——堇青石——剛玉為基體的高溫急變陶瓷材，其特徵在於它由粘土、工業用三氧化二鋁、堇青石、二氧化鋯和莫來石組成。該高溫急變陶瓷材料各組成物的重量百分比含量分別是粘土10－35％、工業用三氧化二鋁15－20、堇青石10－15、二氧化鋯5－8、莫來石35－50。它經配料、球磨、過篩除鐵、壓濾、脫水、真空練泥、旋壓成型、乾燥、燒成九道工序完成；並且其球磨的時間在10－14小時，球磨時的料、水、球比為1∶2∶0.55，球磨後的粉料過250目篩後的篩餘料應小於0.3‰；此外該工藝方法中進行真空練泥時的真空度為－0.9～0.85MP。用上述材料製作的構件在1400－1600℃高溫下燒制而成。
文檔編號C04B35/18GK1693278SQ20051007244
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月11日 優先權日2005年5月11日
發明者潘俊明 申請人:湖南泰鑫瓷業有限公司