低熔點高韌性陶瓷材料及其製備方法和使用的製作方法

2023-06-11 13:25:46

專利名稱：低熔點高韌性陶瓷材料及其製備方法和使用的製作方法
技術領域：
本發明屬於工業和民用陶瓷材料技術領域，具體涉及一種低熔點高韌性陶瓷材料，並且還涉及該材料的製備方法和由該方法所製備的低熔點高韌性陶瓷材料的應用。
背景技術：
如業界所知之理，搪瓷、陶瓷和玻璃等等均屬於普通矽酸鹽材料，以搪瓷材料為例，在工業搪瓷設備如搪瓷反應釜攪拌裝置等的生產過程中，由於搪瓷材料配方決定了其自身的脆性大，因而迄今為止對鋼板兩面搪的問題始終無法解決，進而直接造成了搪瓷反應攪拌器形式簡陋及功能低下。尤其是高燒結溫度和製作工藝易導致搪瓷設備爆瓷，影響搪瓷設備的使用壽命。利用陶瓷材料替代搪瓷材料雖然不失為是一個理想之舉，但是由於陶瓷材料有著與搪瓷和玻璃材料般的熔點高和脆性大的通弊，因此同樣不足以克服搪瓷設備生產中所存在的弊端。儘管可以通過納米增韌工藝改善即提高材料的韌性，藉以緩解材料的脆性，但是，陶瓷材料的高熔點(ΙΟΟΟ 左右)問題依然存在。熔點高的最大弊端就是能耗大，同時， 對金屬基材和設備的要求也高。在已公開的中國專利文獻中不乏見諸有陶瓷材料的技術報導，如CN1179913C推薦了一種準納米級二鋇九鈦氧化物微波陶瓷及其製備方法；又如CN1078188C介紹了一種自消毒搪、陶瓷材料及其製備方法；再如CN101058507A提供了一種碳化矽-氮化硼陶瓷複合材料；又如CN1166470A揭示了一種熔噴複合陶瓷粒子及其製備方法，等等。並不限於由上述例舉的文獻所公開的陶瓷材料均不足以使陶瓷材料同時兼備低熔點和高韌性的雙重效果，從而制約了將陶瓷材料與作為載體的金屬板材相結合的應用， 使得「雙面搪」成為行業難題，因為脆性大的材料，無論是哪種加工工藝，所生成塗層的抗衝擊力都不會達到令人滿意的程度，易破損，特別是邊緣部位尤其容易破損。而且，傳統的陶瓷成型技術不僅要耗費大量的能源而且對金屬基材有著嚴苛的要求，例如，目前搪瓷反應釜的製造需使用低碳的搪瓷鋼板，而這種鋼板的價格遠高於一般的碳鋼。鑑於上述已有技術，有必要加以改進，為此，本申請人作了大量積極而有益的探索，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。

發明內容
本發明的首要任務在於提供一種既有助於降低熔點又有利於提高韌性而藉以體現節約能源和體現可加工性的低熔點高韌性陶瓷材料。本發明的還有一個任務在於提供一種低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，該方法工藝步驟簡練並且能夠保障所獲得的陶瓷材料的技術效果的全面體現。本發明的又一任務在於提供一種低熔點高韌性陶瓷材料的使用，該使用方法能使低熔點高韌性陶瓷材料可靠地與工件表面結合。本發明的首要任務是這樣來完成的，一種低熔點高韌性陶瓷材料，成分按質量百分數配比為48-60 %的二氧化矽、7. 2-8. 3 %的二氧化鈦、7. 2-8. 3 %的三氧化二鋁、 5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7 %的氧化鋰、3. 0-4. 0 %的三氧化二銻、 1. 0-2. 0%三氧化二鈷、1. 0-2. 0%的三氧化二鉻、1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1.0-3. 0%的氧化鋅。本發明的還有一個任務是這樣來完成的，一種低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，該方法包括以下步驟A)配料和混料，按質量百分數配比取48-60%的二氧化矽、7. 2-8. 3%的二氧化鈦、7. 2-8. 3%的三氧化二鋁、5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7 %的氧化鋰、3. 0-4. 0 %的三氧化二銻、1. 0-2. 0 %的三氧化二鈷、1. 0-2. 0 %的三氧化二鉻、 1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1. 0-3. 0%的氧化鋅，得到原料，並且將原料置入混料裝置充分混合，得到混合料；B)熔融，將步驟A)得到的混合料引入熔化爐熔融，並且控制熔融溫度和控制熔融時間，得到熔融料；C)固化，將由步驟扮得到的熔融料引入水中進行固化，並且控制水的溫度，得到固化料；D)研磨，將由步驟C)得到的固化料引入研磨裝置研磨，並且控制研磨後的粒度， 得到低熔點高韌性陶瓷材料。在本發明的一個具體的實施例中，步驟A)中所述的混料裝置為球磨混料機，混料時間及轉速分別為30-60min和100_150rpm。在本發明的另一個具體的實施例中，步驟B)中所述的熔化爐為電極熔化爐，所述的控制熔融溫度是將熔融溫度控制為1100-1400°C，所述的控制熔融時間是將熔融時間控制為30-60分鐘。在本發明的又一個具體的實施例中，步驟C)中所述的控制水的溫度是將水的溫度控制為30-80°C。在本發明的再一個具體的實施例中，步驟D)中所述的研磨裝置為納米研磨機。在本發明的還有一個具體的實施例中，步驟D)中所述的控制研磨後的粒度是將粒度控制為50-250nm。本發明的又一任務是這樣來完成的，一種低熔點高韌性陶瓷材料的使用方法，該使用方法包括以下兩種方法中的任意一種，I)先將低熔點高韌性陶瓷材料靜電噴塗至工件表面，而後進行搪燒，在工件表面形成陶瓷塗層；II)將低熔點高韌性陶瓷材料熱噴塗到鋼板的正反兩個表面，在鋼板的兩面均形成陶瓷塗層。在本發明的更而一個具體的實施例中，所述的搪燒的搪燒溫度為650-710°C，搪燒時間為30-60min。在本發明的進而一個具體的實施例中，所述的熱噴塗使用氧乙炔火焰噴槍進行熱噴塗。本發明提供的第一個技術方案的優點在於由於配方中含有降低熔點的三氧化二硼、三氧化二鋁、氧化鈉和氧化鋰，從而能使陶瓷材料的熔點由已有技術中的1200°C以上降低至680°C以下，從而能夠減少50%以上的能耗；由於配方中含有三氧化二銻、三氧化二鉻和氧化鍶，因而可以改善韌性；由於配方中的成分在融熔冷卻過程中可以有效的形成結晶體，並且結晶的尺寸通過結晶速度和結晶時間有效控制，得到納米晶，起到納米增韌的效果。本發明的第二個技術方案的優點在於工藝步驟簡練，工藝要求不苛刻，能夠保障陶瓷材料的低熔點和高韌性的技術效果；本發明的第三個技術方案的優點在於能以簡便的方式在工件表面或鋼板的兩面形成陶瓷塗層，解決了已有技術中對反應釜的兩面塗搪的難題。
具體實施例方式為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠進一步地了解本發明方案的技術實質，申請人在下面結合實施例作詳細的描述，但實施例並不是對本發明方案的限制，任何依據本發明方案所作出的僅僅是形式上的而非實質性的變化均應視為本發明的保護範圍。實施例1 A)配料和混料，按質量百分數取以下原料60%的二氧化矽、7. 5%的二氧化鈦、 7. 2%的三氧化二鋁、5. 5%的三氧化二硼、5.0%的氧化鈉、6.0%的氧化鋰、3.0%的三氧化二銻、1. 2 %的三氧化二鈷、1. 1 %的三氧化二鉻、1. 5%的三氧化二鎳、1.0%的氧化鍶和 1. 0%的氧化鋅，得到原料，並且將原料置入球磨混料機中，轉速120rpm(120n/min)，混料時間40min，充分混合，得到混合料；B)熔融，將由步驟A)得到的混合料引入電極熔化爐內熔融，經溫度為1200°C和時間為45min後，得到熔融料，在熔融過程中，電極中心會形成自下而上的環流，產生自然攪拌效果；C)固化，將由步驟B)得到的熔融料引入60°C的水中進行固化，得到固化料；D)研磨，將由步驟C)得到的固化料引入納米研磨機研磨至粒度為150nm，得到由表1所示技術效果的低熔點高韌性陶瓷材料。使用(應用)例1 將由實施例1得到的低熔點高韌性陶瓷材料採用靜電噴塗方式噴塗至攪拌器的槳葉表面，而後送入搪燒電爐中進行搪燒，搪燒溫度為650°C，搪燒時間為8min，再降溫至 620°C並保溫30min，這是納米晶體形成期，納米晶體充分形成，隨後自然冷卻，在攪拌器槳葉表面形成陶瓷塗層。實施例2 A)配料和混料，按質量百分數配比取以下原料52%的二氧化矽、8. 3%的二氧化鈦、8. 3%的三氧化二鋁、7. 5%的三氧化二硼、6. 0%的氧化鈉、5. 5%的氧化鋰、4. 0%的三氧化二銻、1. 9 %的三氧化二鈷、2. 0 %的三氧化二鉻、1. 0 %的三氧化二鎳、1. 5 %的氧化鍶和2. 0%的氧化鋅，得到原料，並且將原料置入混料裝置充分混合，混料裝置的轉速為 150rpm，混料時間為30min，得到混合料；B)熔融，熔融溫度1100°C，熔融時間為60min，得到熔融料；C)固化，水溫為80°C，得到固化料；D)研磨，研磨至粒度為240nm，得到由表1所示技術效果的低熔點高韌性陶瓷材料。本實施例中未涉及的內容均同對實施例1的描述。使用(應用)例2
將由實施例2得到的低熔點高韌性陶瓷材料採用亞音速槍(亞音速噴射槍)並且使用氧乙炔火焰熱噴塗到鋼板的兩面，在鋼板兩面均形成陶瓷塗層，這種具有兩面陶瓷塗層的鋼板可用於製作反應釜。實施例3:A)配料和混料，按質量百分數配比取以下原料51. 5%的二氧化矽、7. 2%的二氧化鈦、8. 的三氧化二鋁、7. 5%的三氧化二硼、5. 5%的氧化鈉、6. 7%的氧化鋰、3. 5% 的三氧化二銻、1. 0%的三氧化二鈷、1. 5%的三氧化二鉻、2. 5%的三氧化二鎳、2. 0%的氧化鍶和3. 0 %的氧化鋅，得到原料，並且將原料置入混料裝置充分混合，混料裝置的轉速為 lOOrpm，混料時間為60min，得到混合料；B)熔融，熔融溫度為1400°C，熔融時間為30min，得到熔融料；C)固化，水溫為60°C，得到固化料；D)研磨，研磨至粒度為60nm，得到由表1所示技術效果的低熔點高韌性陶瓷材料。本實施例中未涉及的內容均同對實施例1的描述。使用(應用)例3 將由實施例3得到的低熔點高韌性陶瓷材料採用靜電噴塗方式噴塗至工件如永磁攪拌裝置的攪拌軸、軸承腔體、隔離套內外表面，而後送入搪燒爐中搪燒，搪燒溫度為 705°C，搪燒時間為5min，降溫至500°C保溫30min，降溫保溫過程是納米晶體形成期，納米晶體充分形成，隨後自然冷卻，在上述工件表面形成陶瓷塗層。表1所示為上述實施例1至3所得到的低熔點高韌性陶瓷材料的技術效果表
權利要求
1.一種低熔點高韌性陶瓷材料，其特徵在於成分按質量百分數配比為48-60%的二氧化矽、7. 2-8. 3%的二氧化鈦、7. 2-8. 3%的三氧化二鋁、5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7%的氧化鋰、3. 0-4. 0%的三氧化二銻、1. 0-2. 0%三氧化二鈷、1. 0-2. 0%的三氧化二鉻、1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1. 0-3. 0%的氧化鋅。
2.一種如權利要求1所述的低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，其特徵在於該方法包括以下步驟A)配料和混料，按質量百分數配比取48-60%的二氧化矽、7.2-8. 3%的二氧化鈦、 7. 2-8. 3%的三氧化二鋁、5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7%的氧化鋰、 3. 0-4. 0%的三氧化二銻、1. 0-2. 0%的三氧化二鈷、1. 0-2. 0%的三氧化二鉻、1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1. 0-3. 0%的氧化鋅，得到原料，並且將原料置入混料裝置充分混合，得到混合料；B)熔融，將步驟A)得到的混合料引入熔化爐熔融，並且控制熔融溫度和控制熔融時間， 得到熔融料；C)固化，將由步驟B)得到的熔融料引入水中進行固化，並且控制水的溫度，得到固化料；D)研磨，將由步驟C)得到的固化料引入研磨裝置研磨，並且控制研磨後的粒度，得到低熔點高韌性陶瓷材料。
3.根據權利要求2所述的低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，其特徵在於步驟A)中所述的混料裝置為球磨混料機，混料時間及轉速分別為30-60min和100_150rpm。
4.根據權利要求2所述的低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，其特徵在於步驟B)中所述的熔化爐為電極熔化爐，所述的控制熔融溫度是將熔融溫度控制為1100-1400°C，所述的控制熔融時間是將熔融時間控制為30-60分鐘。
5.根據權利要求2所述的低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，其特徵在於步驟C)中所述的控制水的溫度是將水的溫度控制為30-80°C。
6.根據權利要求2所述的低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，其特徵在於步驟D)中所述的研磨裝置為納米研磨機。
7.根據權利要求2所述的低熔點高韌性陶瓷材料的製備方法，其特徵在於步驟D)中所述的控制研磨後的粒度是將粒度控制為50-250nm。
8.—種如權利要求1所述的低熔點高韌性陶瓷材料的使用方法，其特徵在於該使用方法包括以下兩種方法中的任意一種，I )先將低熔點高韌性陶瓷材料靜電噴塗至工件表面， 而後進行搪燒，在工件表面形成陶瓷塗層；II)將低熔點高韌性陶瓷材料熱噴塗到鋼板的正反兩個表面，在鋼板的兩面均形成陶瓷塗層。
9.根據權利要求8所述的低熔點高韌性陶瓷材料的使用方法，其特徵在於所述的搪燒的搪燒溫度為650-718°C，搪燒時間為5-lOmin，冷卻至比熔點低10_20°C並且保溫30 min, 充分形成納米晶。
10.根據權利要求8所述的低熔點高韌性陶瓷材料的使用方法，其特徵在於所述的熱噴塗是由亞音速槍並且使用氧乙炔火焰熱噴塗。
全文摘要
一種低熔點高韌性陶瓷材料及其製備方法和使用,屬於工業和民用陶瓷材料技術領域。成分按質量百分數配比為:48-60%的二氧化矽、7.2-8.3%的二氧化鈦、7.2-8.3%的三氧化二鋁、5.5-7.5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5.5-6.7%的氧化鋰、3.0-4.0%的三氧化二銻、1.0-2.0%三氧化二鈷、1.0-2.0%的三氧化二鉻、1.0-2.5%的三氧化二鎳、1.0-2.0%的氧化鍶和1.0-3.0%的氧化鋅。優點:能夠減少50%以上的能耗；可以改善韌性;工藝步驟簡練，工藝要求不苛刻,能夠保障陶瓷材料的低熔點和高韌性的技術效果;能以簡便的方式在工件表面或鋼板的兩面形成陶瓷塗層，解決了已有技術中對反應釜的兩面塗搪的難題。
文檔編號C23D11/00GK102180658SQ201110054090
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者嚴巍, 李訓竹 申請人:李訓竹