一種石英陶瓷材料及其應用的製作方法

2023-05-13 14:52:06 1

專利名稱：一種石英陶瓷材料及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無機非金屬材料，特別涉及一種石英陶瓷材料、及其應用。
背景技術：
熔融石英,或稱熔融石英玻璃(分子式SiO2),是玻璃材料。石英陶瓷,或稱熔融石英陶瓷，或稱熔融石英玻璃陶瓷(分子式.SiO2),為陶瓷材料。兩者均為性能優越的無機非金屬材料，其中，石英陶瓷不但具有熔融石英玻璃的許多優良性質，如熱膨脹係數小、熱穩定性好、電絕緣性好、耐化學侵蝕性好，還具備熔融石英所缺乏的性質，如熔融石英玻璃由於其熱導率高，很快完全熔融，從而失透(析晶)報廢。而石英陶瓷由於導熱性差，在使用過程中即使表面發生析晶，其內部析晶也很緩慢，整體強度仍然不低，晶化後仍可使用。因此，石英陶瓷產品具有廣泛的市場前景。但由於陶瓷本身的成型工藝的限制，在成型結構複雜產品時很容易產生開裂、變形，製成率、合格率極低。無形中增加了生產成本造成了浪費。且毛坯經過燒製成型後，通常都須要進行機械加工，才能夠達到使用的精度要求。結構複雜的製品在機械加工時受到非常大的局限，因此在某些特定領域使用時受到很大的限制。在精密鑄造中，目前普遍採用型砂來製造殼型或型芯，因型砂的質量不好而造成的鑄件廢品約佔鑄件總廢品的30 50%。雖然石英玻璃具有良好的強度和熱穩定性，但由於本身的結構限制，燒結出的產品透氣性和強度上均由一定的欠缺，因為無法將石英玻璃產品完美的應用於鑄造殼型或型芯上。經檢索有關文獻，目前還未檢索到有關石英陶瓷製成顆粒材料及其應用的相關報導
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種石英陶瓷材料，具有高溼強度，高燒結強度，高抗熱震性，高化學穩定性、高透氣性以及低的熱導率，同時流動性好，能夠方便製作成形狀複雜的產品，還提供一種該石英陶瓷材料的應用。為解決上述技術問題，本發明的技術方案為:一種石英陶瓷材料，其創新點在於:所述的石英陶瓷材料為石英陶瓷顆粒，該石英陶瓷顆粒的SiO2含量在99.00% (Wt)以上；所述石英陶瓷顆粒的粒徑D50在l 500um。進一步的，所述石英陶瓷顆粒材料的結晶程度以方石英含量計算為0.01 -15.00% (質量)。進一步的，所述的石英陶瓷顆粒的顯微結構為:玻璃相85.00% - 99.99% (質量)，結晶相0.01-15.00% (質量)，剩餘為氣孔。進一步的，所述石英陶瓷顆粒的顯氣孔率1% - 15% (體積)。 將石英陶瓷材料作為鑄造用耐火型殼或型芯材料的應用。將石英陶瓷材料在耐火塗料中的應用。
將石英陶瓷材料噴塗在金屬件結構件表面作為耐磨、耐蝕、耐高溫氧化以及良好電絕緣性能塗層的應用。本發明的優點在於:本發明的石英陶瓷顆粒材料是採用石英陶瓷製成的顆粒材料，與之前鑄造行業中所用的粘土砂、水玻璃砂、樹脂自硬砂相比，其具有良好的圓度，良好的流動性，可塑型，製作為各種形狀的產品，把石英陶瓷顆粒材料混合純淨水，塑型以後，在高溫條件下使用時，石英陶瓷顆粒材料熱膨脹率極低，直接得到最終尺寸產品，而不需要機械加工最終成型；同時，相較石英玻璃粉體，石英陶瓷顆粒具有石英玻璃所沒有的優點，是陶瓷結構，包括玻璃相，結晶相，閉口氣孔，開口氣孔，熱導率極低，而在1720° C直接熔融，沒有軟化過程，擁有良好的燒結強度和抗熱震性等特性，而顯氣孔率1% - 15% (體積)，使其具有良好的透氣性。石英陶瓷顆粒作為精密鑄造工業使用的型殼和型芯，能夠提高製造產品的精度，非常有利於複雜形狀鑄件的充型。同時，石英陶瓷顆粒能夠與矽溶膠混合製作耐火塗料，顆粒粒度分布廣泛，流動性高，利於塗料流淌、滴落，防止出現流掛、針孔等缺陷。本發明中的石英陶瓷粉體材料還能夠廣泛應用於半導體行業、光伏行業、玻璃行業、陶瓷行業和鋼鐵行業中。此外，本發明中的石英陶瓷粉料採用高純石英陶瓷為基礎原料，主要經過預破碎，破碎，預篩分，研磨，整型，篩分，包裝等工序後製得。其中，在每一工藝環節均嚴格檢測控制質量。該工藝中相比傳統工藝增加了粉體整型工序，保證了石英陶瓷顆粒的圓度，這一工序極大改善粉體的顆粒形貌，確保其具有良好的流動性。


圖1為石英陶瓷砂粒形圖。圖2為熔融石英砂粒形圖。
具體實施例方式本發明中所述的石英 陶瓷材料為石英陶瓷顆粒，該石英陶瓷顆粒的SiO2含量在99.00wt%以上,其餘為雜質；石英陶瓷顆粒的D50在l 500um。石英陶瓷顆粒的顯微結構下為球形或近似球形。石英陶瓷顆粒材料的顯微結構為陶瓷晶相，具體包括:玻璃相85.00% - 99.99%(質量)，結晶相0.01-15.00% (質量)，剩餘為氣孔。本發明中石英陶瓷顆粒材料製備的工藝路線是:選用石英陶瓷為原料，該石英陶瓷原料是熔融石英玻璃經由燒結瓷化獲得，通過預破碎、破碎兩個工序將石英陶瓷破碎成顆粒狀，再通過預篩分、研磨、篩分工序製得一定目數大小的石英陶瓷顆粒；並在研磨、篩分工序之間增加整形工序。並在每一工藝環節均嚴格檢測控制質量，確保製得SiO2含量在99.00% (質量)以上的石英陶瓷顆粒材料。如圖1、2所示，本發明中SiO2含量在99.00% (質量)以上的石英陶瓷顆粒與熔融石英玻璃材料(簡稱熔融石英，石英玻璃，石英砂，石英粉)，鋯英石，鋁-矽系耐火材料等材料，在精密鑄造工業的應用特性對比:
溼強度(抗彎強度)比較:
石英陶瓷粉體與熔融石英粉均為SiO2，與矽溶膠的主要成分為同一種材料，在與矽溶膠混合製作塗料後，同種材料的結合穩定性是所有耐火材料中最穩定的，好於鋁矽系材料和鋯英石材料。石英陶瓷粉制殼的溼強度(抗彎強度)和斷裂韌度高於熔融石英粉，這是因為石英陶瓷顆粒的顆粒形貌為近似球形，且粉體粒度分布廣泛，流動性高，利於塗料流淌、滴落，非常有利於複雜形狀鑄件的充型。而熔融石英砂粒形為多角形，容易產生拱橋效應，造成浮砂。燒結強度:
石英陶瓷型殼在澆鑄高溫後燒結，型殼高溫強度比熔融石英提高0.4MPa，也比鋁-矽系材料要高，從而減少澆注漏殼現象。石英陶瓷型殼的燒結溫度在1000° C左右，在澆鑄過程中，型殼完全瓷化，其斷裂模量(MOR)達到40MPa，超過石英砂，與鋁-矽系材料相比無差
巳同時，石英陶瓷顆粒制殼在1100°C以下其強度隨著溫度的升高而增加，從室溫至1100° C其強度增加33%.這使得石英陶瓷型殼在1000° C高溫時有最高的燒結強度以經受所澆鑄金屬的重量和衝擊。由於莫來石的熱膨脹係數為5.7X10_6/°C，同時莫來石為棒狀晶體，熱膨脹為各向異性，使澆注料在燒結過程中內部形成大量微裂紋。抗熱震性、尺寸穩定性
下表為莫來石為代表鋁-矽系耐火材料、鋯英石、熔融石英粉和石英陶瓷顆粒線性熱膨脹係數對比:
權利要求
1.一種石英陶瓷材料，其特徵在於:所述的石英陶瓷材料為石英陶瓷顆粒或粉體，該石英陶瓷顆粒的SiO2含量在99.00% (Wt)以上；所述石英陶瓷顆粒的粒徑D50在I 500um。
2.根據權利要求1所述的石英陶瓷顆粒材料，其特徵在於:所述石英陶瓷顆粒材料的結晶程度以方石英含量計算為0.01 - 15.00% (質量)。
3.根據權利要求1或2所述的石英陶瓷材料，其特徵在於:所述的石英陶瓷顆粒的顯微結構為:玻璃相85.00% - 99.99% (質量)，結晶相0.01-15.00% (質量)，剩餘為氣孔。
4.根據權利要求3所述的石英陶瓷材料，其特徵在於:所述石英陶瓷顆粒的顯氣孔率1% - 15% (體積)。
5.如權利要求1所述石英陶瓷粉體材料作為鑄造用耐火型殼或型芯材料的應用。
6.如權利要求1所述石英陶瓷粉體材料在耐火塗料中的應用。
7.如權利要求1所 述石英陶瓷粉體材料噴塗在結構件表面作為塗層的應用。
全文摘要
本發明涉及一種石英陶瓷材料及其應用，所述的石英陶瓷材料為石英陶瓷顆粒，該石英陶瓷顆粒的SiO2含量在99.00%(wt)以上；所述石英陶瓷顆粒的粒徑D50在1~500um；所述的石英陶瓷顆粒的顯微結構為玻璃相85.00%-99.99%(質量)，結晶相0.01-15.00%(質量)，剩餘為氣孔。石英陶瓷顆粒的顯氣孔率1%-15%(體積)。粉體粒度分布廣泛，流動性高，利於塗料流淌、滴落，非常有利於複雜形狀鑄件的充型。適用於精密鑄造用耐火材料型殼或型芯材料，以及耐火塗層的製作。
文檔編號C03C10/14GK103145339SQ201310089818
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者陳德慧 申請人:江蘇中矽工程材料有限公司