一種改性特種陶瓷材料及其製備方法與流程

2024-02-19 09:40:15 1

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體是一種改性特種陶瓷材料。

背景技術：

陶瓷顆粒具有高的比強度、高的比模量，熱膨脹係數小，以及良好的耐高溫性和耐磨性等優點，現已作為輕量化結構材料廣泛的應用於航空航天、交通運輸等領域。近年來，隨著國內航空航天及汽車、電子行業的迅猛發展，對特種陶瓷材料的需求量正逐年增加。目前，特種陶瓷材料的製備工藝有粉末冶金、擠壓鑄造、噴射共沉積和攪拌鑄造等方法。進行納米改性特種陶瓷材料具有生產成本低，設備簡單，工藝流程短，生產率高等特點，是高性能改性特種陶瓷材料工業規模生產較為理想的方法。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種改性特種陶瓷材料，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯5-8份、碳化矽10-20份、碳酸氫鈉2-6份、氧化鋁4-7份、酒石酸鈉7-11份、磷酸二氫鋅2-4份、異塞唑啉酮0.53-0.87份、馬來酸酐5-10份、穀氨酸4-6份、丙烯酸異丙酯3-6份、二甲基矽油2-4份、陶瓷粉末40-50份。

作為本發明進一步的方案：以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯6-8份、碳化矽13-19份、碳酸氫鈉3-5份、氧化鋁4-7份、酒石酸鈉8-10份、磷酸二氫鋅2-4份、異塞唑啉酮0.65-0.82份、馬來酸酐6-9份、穀氨酸4-6份、丙烯酸異丙酯3-6份、二甲基矽油2-4份、陶瓷粉末44-47份。

作為本發明進一步的方案：以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯7份、碳化矽15份、碳酸氫鈉4份、氧化鋁6份、酒石酸鈉9份、磷酸二氫鋅3份、異塞唑啉酮0.76份、馬來酸酐8份、穀氨酸5份、丙烯酸異丙酯5份、二甲基矽油3份、陶瓷粉末46份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為10-20μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1120-1200℃，然後保溫30-42min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為100-200nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為8-12MPa，反應溫度為60-70℃，反應時間為20-30min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

作為本發明進一步的方案：具體步驟（1）中梯度升溫具體為每1min中升溫10℃。

作為本發明進一步的方案：具體步驟（1）中然後保溫37min。

作為本發明進一步的方案：具體步驟（2）中控制反應壓強為10MPa，反應溫度為65℃，反應時間為25min。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明製備的改性特種陶瓷材料，經測試，破壞強度≥2560N，斷裂模數≥80MPa，強度高，經久耐用，滿足市場需求。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

實施例1

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯5份、碳化矽10份、碳酸氫鈉2份、氧化鋁4份、酒石酸鈉7份、磷酸二氫鋅2份、異塞唑啉酮0.53份、馬來酸酐5份、穀氨酸4份、丙烯酸異丙酯3份、二甲基矽油2份、陶瓷粉末40份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為10μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1120℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫30min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為100nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為8MPa，反應溫度為60℃，反應時間為20min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

實施例2

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯6份、碳化矽13份、碳酸氫鈉3份、氧化鋁4份、酒石酸鈉8份、磷酸二氫鋅2份、異塞唑啉酮0.65份、馬來酸酐6份、穀氨酸4份、丙烯酸異丙酯3份、二甲基矽油2份、陶瓷粉末44份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為10μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1120℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫30min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為100nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為8MPa，反應溫度為60℃，反應時間為20min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

實施例3

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯7份、碳化矽15份、碳酸氫鈉4份、氧化鋁6份、酒石酸鈉9份、磷酸二氫鋅3份、異塞唑啉酮0.76份、馬來酸酐8份、穀氨酸5份、丙烯酸異丙酯5份、二甲基矽油3份、陶瓷粉末46份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為15μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1165℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫37min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為150nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為10MPa，反應溫度為65℃，反應時間為25min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

實施例4

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯8份、碳化矽19份、碳酸氫鈉5份、氧化鋁7份、酒石酸鈉10份、磷酸二氫鋅4份、異塞唑啉酮0.82份、馬來酸酐9份、穀氨酸6份、丙烯酸異丙酯6份、二甲基矽油4份、陶瓷粉末47份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為20μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1200℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫42min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為200nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為12MPa，反應溫度為70℃，反應時間為30min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

實施例5

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯8份、碳化矽20份、碳酸氫鈉6份、氧化鋁7份、酒石酸鈉11份、磷酸二氫鋅4份、異塞唑啉酮0.87份、馬來酸酐10份、穀氨酸6份、丙烯酸異丙酯6份、二甲基矽油4份、陶瓷粉末50份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為20μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1200℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫42min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為200nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為12MPa，反應溫度為70℃，反應時間為30min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

對比例1

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：碳化矽15份、氧化鋁6份、酒石酸鈉9份、磷酸二氫鋅3份、馬來酸酐8份、穀氨酸5份、丙烯酸異丙酯5份、二甲基矽油3份、陶瓷粉末46份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、碳化矽、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為15μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1165℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫37min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為150nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為10MPa，反應溫度為65℃，反應時間為25min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

對比例2

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯7份、碳化矽15份、碳酸氫鈉4份、氧化鋁6份、磷酸二氫鋅3份、異塞唑啉酮0.76份、馬來酸酐8份、二甲基矽油3份、陶瓷粉末46份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉、氧化鋁混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為15μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，梯度升溫至1165℃，梯度升溫具體為每1min中升溫10℃，然後保溫37min，保溫後在30min內降溫至室溫，採用超微破碎，破碎至粒徑為150nm，噴霧乾燥，製得超微粉，待用；

（2）接著，在反應釜中加入超微粉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、二甲基矽油，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為10MPa，反應溫度為65℃，反應時間為25min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

對比例3

一種改性特種陶瓷材料，以重量份計，由以下原料組成：氧化鋯7份、碳化矽15份、碳酸氫鈉4份、酒石酸鈉9份、磷酸二氫鋅3份、異塞唑啉酮0.76份、馬來酸酐8份、穀氨酸5份、丙烯酸異丙酯5份、陶瓷粉末46份。

一種改性特種陶瓷材料的製備方法，具體步驟為：

（1）首先，將陶瓷粉末、氧化鋯、碳化矽、碳酸氫鈉混合，採用球磨機進行研磨，研磨至粒徑為15μm，隨後在氮氣保護下進行燒結，直接升溫至1165℃，然後保溫37min，保溫後在1h內降溫至室溫，製得混合粉末，待用；

（2）接著，在反應釜中加入混合粉末、酒石酸鈉、磷酸二氫鋅、異塞唑啉酮、馬來酸酐、穀氨酸、丙烯酸異丙酯，混勻後進行超聲分散，控制反應壓強為10MPa，反應溫度為65℃，反應時間為25min，反應結束後，真空冷凍乾燥即得。

綜上所述，將本發明實施例1-5製備及對比例1-3製備的特種陶瓷材料進行測試；本發明實施例1-5製備的特種陶瓷材料，破壞強度為2560-2874N，斷裂模數為80-84MPa；而對比例1-3製備的特種陶瓷材料，破壞強度為1895-2261N，斷裂模數為35-44MPa。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利並不限於上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。