阅读说明：本技术 高性能新型陶瓷材料及其制备方法 (High-performance novel ceramic material and preparation method thereof ) 是由 虞振道 虞文辉 林童 于 2020-04-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高性能新型陶瓷材料及其制备方法,所述陶瓷材料,以重量份为单位,包括以下原料：氧氯化锆32-56份、硝酸钇3-5份、镁铝尖晶石粉10-13份、氧化铜2-4份、氮化锌3-6份、玻璃纤维0.3-0.5份、膨润土1-2份、甲基氢二氯硅烷1.2-2.5份、六水氯化镁0.4-0.7份、氢氧化铝0.2-0.5份,所述陶瓷材料是经过原料粉碎、球磨、微波处理、煅烧等步骤制成的。用本发明陶瓷材料制成的陶瓷件耐磨性高,磨损体积≤0.79mm<Sup>3</Sup>,耐磨性能优异,有利于使用的连续性和持久性,特别适合应用于各种陶瓷阀门,并可广泛应用于其它要求耐磨性高的陶瓷设备或工具。(The invention discloses a high-performance novel ceramic material and a preparation method thereof, wherein the ceramic material comprises the following raw materials in parts by weight: 32-56 parts of zirconium oxychloride, 3-5 parts of yttrium nitrate, 10-13 parts of magnesium aluminate spinel powder, 2-4 parts of copper oxide, 3-6 parts of zinc nitride, 0.3-0.5 part of glass fiber, 1-2 parts of bentonite, 1.2-2.5 parts of methylhydrodichlorosilane, 0.4-0.7 part of magnesium chloride hexahydrate and 0.2-0.5 part of aluminum hydroxide, wherein the ceramic material is prepared by the steps of crushing raw materials, ball milling, microwave treatment, calcining and the like. The ceramic part made of the ceramic material has high wear resistance, and the wear volume is less than or equal to 0.79mm 3 The wear-resistant ceramic valve has excellent wear resistance, is beneficial to the continuity and durability of use, is particularly suitable for being applied to various ceramic valves, and can be widely applied to other ceramic equipment or tools requiring high wear resistance.)

高性能新型陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种高性能新型陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

特种陶瓷已广泛应用于现代工业的各个领域，特别是氧化锆陶瓷。氧化锆陶瓷不仅具有其它特种陶瓷所具有的耐酸性、耐碱性、耐腐蚀性好、硬度高的特征，同时还具有良好的韧性，因而氧化锆陶瓷在许多行业的使用越来越广泛，如陶瓷阀门、陶瓷管道、陶瓷轴承、陶瓷研磨器、高耐磨厨具等。

以陶瓷阀门为例。许多压力运送粉尘或含固颗粒浆液的行业，因金属阀门磨蚀、腐蚀快，要经常停机更换，影响连续生产，还会带来巨大的经济损失。现在许多这种对阀门有高腐蚀、高磨蚀行业多采用陶瓷阀门，同时希望陶瓷阀门的耐腐蚀、耐磨蚀性越高越好。

而陶瓷阀门的陶瓷部分一般由氧化锆陶瓷粉体制成，现有技术制成的陶瓷阀门耐磨性较低，未能满足应用需求。

发明内容

本发明提供一种高性能新型陶瓷材料及其制备方法，以解决现有技术制成的陶瓷阀门耐磨性较低，未能满足应用需求的问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆32-56份、硝酸钇3-5份、镁铝尖晶石粉10-13份、氧化铜2-4份、氮化锌3-6份、玻璃纤维0.3-0.5份、膨润土1-2份、甲基氢二氯硅烷1.2-2.5份、六水氯化镁0.4-0.7份、氢氧化铝0.2-0.5份。

本发明的技术原理：膨润土不仅可以作为一种良好的胶结材料，而且可以起到骨架的效果，在本发明的高性能新型陶瓷材料中起到骨架的作用，提高新型陶瓷的硬度，进而减少磨损体积，提高耐磨性。甲基氢二氯硅烷利用其自身的硅氢键，通过发生硅氢化反应，与膨润土表面的活性基团结合，可以有效促进膨润土的分散。另外甲基氢二氯硅烷可负载在膨润土的孔道中，在较高的温度下烧结时，使得甲基氢二氯硅烷有效分解，产生的硅原子具有桥接作用，可连接膨润土骨架，进而促进高性能新型陶瓷在较低的温度下不会过渡内部收缩，从而增强低温硬度，进而减少磨损体积，提高耐磨性。此外甲基氢二氯硅烷在较高的温度下烧结时，分解后得到的硅碳化合物可以提高陶瓷的硬度，进而减少磨损体积，提高耐磨性。甲基氢二氯硅烷具有H键效果，另外甲基氢二氯硅烷可与膨润土的碱性氧化物融合，在较高的温度下烧结时，膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝四者可复合形成Si-Al-Mg-Cl非金属合金的骨架，进而提高低温硬度，从而减少磨损体积，提高耐磨性。

进一步地，所述的高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆45份、硝酸钇4份、镁铝尖晶石粉12份、氧化铜3份、氮化锌5份、玻璃纤维0.4份、膨润土1.6份、甲基氢二氯硅烷2份、六水氯化镁0.5份、氢氧化铝0.4份。

进一步地，所述的镁铝尖晶石粉的粒度为2000-3000目。

本发明还提供一种高性能新型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中粉碎，制得混合粉体a；

S2：将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中处理，过筛子，制得混合粉体b；

S3：将步骤S2制得的混合粉体b进行微波处理，接着煅烧，最后粉碎，制得高性能新型陶瓷材料。

进一步地，步骤S1中将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中粉碎的条件：在转速为200-300r/min下粉碎1-2h。

进一步地，步骤S2中将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中球磨处理的条件：在转速为300-400r/min下球磨处理0.6-1.5h。

进一步地，步骤S2中所述筛子为60-100目。

进一步地，步骤S3中将步骤S2制得的混合粉体b在75-82℃下进行微波处理。

进一步地，进行微波处理的微波率为200-300W，处理时间为18-25min。

进一步地，步骤S3中煅烧的条件：在920-1130℃下进行煅烧4-6h。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明制得的陶瓷件耐磨性显著优于现有技术制得的陶瓷件耐磨性，至少提高56.83%；

（2）用本发明陶瓷材料制成的陶瓷件耐磨性高，磨损体积≤0.79mm³，耐磨性能优异，有利于使用的连续性和持久性，特别适合应用于各种陶瓷阀门，并可广泛应用于其它要求耐磨性高的陶瓷设备或工具。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

在实施例中，所述高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆32-56份、硝酸钇3-5份、镁铝尖晶石粉10-13份、氧化铜2-4份、氮化锌3-6份、玻璃纤维0.3-0.5份、膨润土1-2份、甲基氢二氯硅烷1.2-2.5份、六水氯化镁0.4-0.7份、氢氧化铝0.2-0.5份；

所述的镁铝尖晶石粉的粒度为2000-3000目；

所述高性能新型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中，在转速为200-300r/min下粉碎1-2h，制得混合粉体a；

S2：将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中，在转速为300-400r/min下球磨处理0.6-1.5h后过60-100目筛子，制得混合粉体b；

S3：将步骤S2制得的混合粉体b在75-82℃下进行微波处理，微波功率为200-300W，处理时间为18-25min，接着在920-1130℃下进行煅烧4-6h，最后粉碎，制得高性能新型陶瓷材料。

下面通过更具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

一种高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆33份、硝酸钇3份、镁铝尖晶石粉10份、氧化铜2份、氮化锌3份、玻璃纤维0.3份、膨润土1.2份、甲基氢二氯硅烷1.4份、六水氯化镁0.4份、氢氧化铝0.2份；

所述的镁铝尖晶石粉的粒度为2000目；

所述高性能新型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中，在转速为200r/min下粉碎1.8h，制得混合粉体a；

S2：将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中，在转速为300r/min下球磨处理1.4h后过70目筛子，制得混合粉体b；

S3：将步骤S2制得的混合粉体b在76℃下进行微波处理，微波功率为200W，处理时间为25min，接着在936℃下进行煅烧6h，最后粉碎，制得高性能新型陶瓷材料。

实施例2

一种高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆45份、硝酸钇4份、镁铝尖晶石粉12份、氧化铜3份、氮化锌5份、玻璃纤维0.4份、膨润土1.6份、甲基氢二氯硅烷2份、六水氯化镁0.5份、氢氧化铝0.4份；

所述的镁铝尖晶石粉的粒度为3000目；

所述高性能新型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中，在转速为300r/min下粉碎1h，制得混合粉体a；

S2：将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中，在转速为400r/min下球磨处理0.7h后过100目筛子，制得混合粉体b；

S3：将步骤S2制得的混合粉体b在80℃下进行微波处理，微波功率为300W，处理时间为20min，接着在1105℃下进行煅烧4.2h，最后粉碎，制得高性能新型陶瓷材料。

实施例3

一种高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆48份、硝酸钇3份、镁铝尖晶石粉13份、氧化铜2份、氮化锌5份、玻璃纤维0.4份、膨润土1份、甲基氢二氯硅烷1.7份、六水氯化镁0.5份、氢氧化铝0.3份；

所述的镁铝尖晶石粉的粒度为2000目；

所述高性能新型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中，在转速为200r/min下粉碎2h，制得混合粉体a；

S2：将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中，在转速为300r/min下球磨处理1.3h后过80目筛子，制得混合粉体b；

S3：将步骤S2制得的混合粉体b在80℃下进行微波处理，微波功率为200W，处理时间为23min，接着在1080℃下进行煅烧5h，最后粉碎，制得高性能新型陶瓷材料。

实施例4

一种高性能新型陶瓷材料，以重量份为单位，包括以下原料：氧氯化锆53份、硝酸钇4份、镁铝尖晶石粉11份、氧化铜3份、氮化锌4份、玻璃纤维0.4份、膨润土1.3份、甲基氢二氯硅烷1.8份、六水氯化镁0.6份、氢氧化铝0.4份；

所述的镁铝尖晶石粉的粒度为3000目；

所述高性能新型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧氯化锆、硝酸钇、镁铝尖晶石粉、氧化铜、氮化锌、玻璃纤维、膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝放入粉碎机中，在转速为300r/min下粉碎1.5h，制得混合粉体a；

S2：将步骤S1制得的混合粉体a放入球磨机中，在转速为400r/min下球磨处理1.2h后过80目筛子，制得混合粉体b；

S3：将步骤S2制得的混合粉体b在79℃下进行微波处理，微波功率为300W，处理时间为18min，接着在990℃下进行煅烧5.3h，最后粉碎，制得高性能新型陶瓷材料。

对比例1

与实施例2制备高性能新型陶瓷材料的工艺基本相同，唯有不同的是制备原料中缺少膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝。

对比例2

与实施例2制备高性能新型陶瓷材料的工艺基本相同，唯有不同的是制备原料中缺少膨润土。

对比例3

与实施例2制备高性能新型陶瓷材料的工艺基本相同，唯有不同的是制备原料中缺少甲基氢二氯硅烷。

对比例4

与实施例2制备高性能新型陶瓷材料的工艺基本相同，唯有不同的是制备原料中缺少六水氯化镁。

对比例5

与实施例2制备高性能新型陶瓷材料的工艺基本相同，唯有不同的是制备原料中缺少氢氧化铝。

对比例6

采用中国专利文献“复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体及其制备工艺（授权公告号：CN104529440B ）”中实施例1-3的方法制备陶瓷材料。

利用GB/T3810.6-2006检测标准对实施例1-4和对比例1-6制得的陶瓷件耐磨性进行检测（每个实施例和对比例进行重复三次检测，取平均值），结果如下表所示。

实验项目	平均磨损体积（mm<sup>3</sup>）
		实施例1	0.79
实施例2	0.63
		实施例3	0.74
实施例4	0.68
		对比例1	1.76
对比例2	0.82
		对比例3	0.91
对比例4	0.84
		对比例5	0.89
对比例6	1.83-1.98

由上表可知：（1）由实施例1-4和对比例6的数据可见，实施例1-4制得的陶瓷件耐磨性显著优于对比例6（现有技术）制得的陶瓷件耐磨性，至少提高56.83%；同时由实施例1-4的数据可见，磨损体积≤0.79mm³，说明陶瓷件耐磨性能优异，另外实施例2为最优实施例。

（2）由实施例1和对比例1-5的数据可见，膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝在制备陶瓷材料中起到了协同作用，协同提高了陶瓷件耐磨性，这是：膨润土不仅可以作为一种良好的胶结材料，而且可以起到骨架的效果，在本发明的高性能新型陶瓷材料中起到骨架的作用，提高新型陶瓷的硬度，进而减少磨损体积，提高耐磨性。甲基氢二氯硅烷利用其自身的硅氢键，通过发生硅氢化反应，与膨润土表面的活性基团结合，可以有效促进膨润土的分散。另外甲基氢二氯硅烷可负载在膨润土的孔道中，在较高的温度下烧结时，使得甲基氢二氯硅烷有效分解，产生的硅原子具有桥接作用，可连接膨润土骨架，进而促进高性能新型陶瓷在较低的温度下不会过渡内部收缩，从而增强低温硬度，进而减少磨损体积，提高耐磨性。此外甲基氢二氯硅烷在较高的温度下烧结时，分解后得到的硅碳化合物可以提高陶瓷的硬度，进而减少磨损体积，提高耐磨性。甲基氢二氯硅烷具有H键效果，另外甲基氢二氯硅烷可与膨润土的碱性氧化物融合，在较高的温度下烧结时，膨润土、甲基氢二氯硅烷、六水氯化镁、氢氧化铝四者可复合形成Si-Al-Mg-Cl非金属合金的骨架，进而提高低温硬度，从而减少磨损体积，提高耐磨性。

以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。