阅读说明：本技术 一种复合陶瓷材料及其制备方法与应用 (Composite ceramic material and preparation method and application thereof ) 是由 刘颂辉 郑江标 易灿 于 2019-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种复合陶瓷材料及其制备方法与应用。该复合陶瓷材料包括以重量份计的如下组分：莫来石粉60-85份,氧化锆10-35份、添加剂3-7份和造孔剂10-30份。将莫来石粉、氧化锆、添加剂和造孔剂按照上述重量份数混合均匀,将混合物分散于乙醇中,球磨,制备出流变性能优异的浆料；将上述浆料倒入模具中进行常压烧制,得到复合陶瓷材料。(The invention provides a composite ceramic material and a preparation method and application thereof. The composite ceramic material comprises the following components in parts by weight: 60-85 parts of mullite powder, 10-35 parts of zirconia, 3-7 parts of an additive and 10-30 parts of a pore-forming agent. Uniformly mixing mullite powder, zirconia, an additive and a pore-forming agent according to the weight parts, dispersing the mixture in ethanol, and performing ball milling to prepare slurry with excellent rheological property; and pouring the slurry into a mould to be fired at normal pressure to obtain the composite ceramic material.)

一种复合陶瓷材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，涉及一种陶瓷保险丝管材料，具体涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着电子技术的迅速发展、电子设备日新月异，5G通讯、自动化智能设备、新能源电动汽车等提前进入快速发展期，更是向微型化、集成化、智能自动化、精密化方向发展。对于作为安全保护的保险丝管的性能参数提出更高的要求，传统的陶瓷保险丝管，大多采用95瓷、75瓷等材料做为外壳，由于材料的单一性原因很难同时满足，陶瓷保险丝管、微型化、贴片化、性能参数大幅提升的要求，因此需要开发发明一种新型复合陶瓷材料，使保险丝管在外型体积上微型化。使用上贴片化、性能上分断电流、电压更大、续流更小。防暴性能上更安全，更坚固来满足保护设备进步的需要。

发明内容

本发明提供一种复合陶瓷材料，其包括以重量份计的如下组分：莫来石粉60-85份，氧化锆10-35份、添加剂3-7份和造孔剂10-30份。

根据本发明，所述莫来石粉的纯度为含铝量大于70wt%电熔莫来石粉。优选其重量份数为65-80份、65-75份。

根据本发明，所述氧化锆的纯度至少达到99%。优选地，所述氧化锆的重量份数为15-30份、20-25份。

根据本发明，所述添加剂为碳酸钡和/或氧化镁。优选地，所述添加剂的重量份数为4-6份。

根据本发明，所述造孔剂为TW系列造孔剂。优选地，所述造孔剂的重量份数为15-25份。

本发明还提供上述复合陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）制浆：将莫来石粉、氧化锆、添加剂和造孔剂按照上述重量份数混合均匀，将混合物分散于乙醇中，球磨，制备出流变性能优异的浆料；

（2）将上述浆料倒入模具中进行常压烧制，得到复合陶瓷材料。

根据本发明，步骤（1）中，所述混合物与乙醇的重量比为1:（0.8-1.5）。

根据本发明，步骤（2）中，所述浆料倒入模具中后还需进行排泡，以使烧结得到的复合陶瓷密度均匀。

根据本发明，步骤（2）中，所述烧制的温度为1600-1700℃，烧制时间为2-4h。

根据本发明，步骤（2）中，所述烧制在非活性气氛下进行，例如在氮气或氩气气氛中烧制。

本发明还提供由上述方法制备得到的复合陶瓷材料。

本发明还提供上述复合陶瓷材料作为陶瓷保险管外壳材料的应用。

本发明还提供含有上述复合陶瓷材料的陶瓷保险管外壳。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种带透气性、高热稳定性、高分断能力、高防暴性的陶瓷材料，将膨胀系数小、热导率低、热稳定性好的莫来石粉，以及钇稳型氧化锆材料，以及造孔剂相配合，使保险丝瞬间熔断产生的高温由于热膨胀和热传导的均匀性，减少对陶瓷管的破坏；同时还增加了陶瓷管的韧性、解决保险丝瞬间熔断，产生高温使内含空气急速膨胀，由于强度不够产生暴裂；同时管壁还具有一定的透气性，很好地解决保险丝瞬间熔断产生高温，使内含空气急速膨胀产生的内压，可以从管壁均匀释放，减小对陶瓷管破坏，防止陶瓷炸裂。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

实施例1

复合陶瓷材料由如下步骤制备得到：

（1）制浆：将70份莫来石粉（含铝量85wt%电熔莫来石粉）、15份氧化锆（纯度99%）、5份氧化镁和10份TW系列造孔剂混合均匀，将混合物分散于乙醇中，混合物与乙醇的重量比为1:1，球磨，制备出流变性能优异的浆料；

（2）将上述浆料倒入模具中，排泡后，进行常压烧制，氮气气氛下，烧制温度为1600℃，烧制时间为3h，得到复合陶瓷材料。

所制备出的复合陶瓷材料的气孔率为25%、密度3.18g/cm^-3、抗弯强度343MPa、热导率133W/m·K。

实施例2

复合陶瓷材料由如下步骤制备得到：

（1）制浆：将80份莫来石粉（含铝量90wt%电熔莫来石粉）、20份氧化锆（纯度99%）、5份氧化镁和15份TW系列造孔剂混合均匀，将混合物分散于乙醇中，混合物与乙醇的重量比为1:1.2，球磨，制备出流变性能优异的浆料；

（2）将上述浆料倒入模具中，排泡后，进行常压烧制，氮气气氛下，烧制温度为1660℃，烧制时间为3.5h，得到复合陶瓷材料。

所制备出的复合陶瓷材料的气孔率为23%、密度2.98g/cm^-3、抗弯强度338MPa、热导率145W/m·K。

实施例3

复合陶瓷材料由如下步骤制备得到：

（1）制浆：将85份莫来石粉（含铝量85wt%电熔莫来石粉）、35份氧化锆（纯度99%）、5份氧化镁和20份TW系列造孔剂混合均匀，将混合物分散于乙醇中，混合物与乙醇的重量比为1:0.8，球磨，制备出流变性能优异的浆料；

（2）将上述浆料倒入模具中，排泡后，进行常压烧制，氮气气氛下，烧制温度为1700℃，烧制时间为2h，得到复合陶瓷材料。

所制备出的复合陶瓷材料的气孔率为25%、密度3.21g/cm^-3、抗弯强度306MPa、热导率139W/m·K。

实施例4

复合陶瓷材料由如下步骤制备得到：

（1）制浆：将65份莫来石粉（含铝量95wt%电熔莫来石粉）、30份氧化锆（纯度99%）、6份氧化镁和20份TW系列造孔剂混合均匀，将混合物分散于乙醇中，混合物与乙醇的重量比为1:1.5，球磨，制备出流变性能优异的浆料；

（2）将上述浆料倒入模具中，排泡后，进行常压烧制，氮气气氛下，烧制温度为1680℃，烧制时间为3h，得到复合陶瓷材料。

所制备出的复合陶瓷材料的气孔率为23%、密度3.02g/cm^-3、抗弯强度335MPa、热导率142W/m·K。

实施例5

复合陶瓷材料由如下步骤制备得到：

（1）制浆：将70份莫来石粉（含铝量85wt%电熔莫来石粉）、15份氧化锆（纯度99%）、5份氧化镁和18份TW系列造孔剂混合均匀，将混合物分散于乙醇中，混合物与乙醇的重量比为1:1，球磨，制备出流变性能优异的浆料；

（2）将上述浆料倒入模具中，排泡后，进行常压烧制，氮气气氛下，烧制温度为1640℃，烧制时间为4h，得到复合陶瓷材料。

所制备出的复合陶瓷材料的气孔率为20%、密度2.92g/cm^-3、抗弯强度320MPa、热导率133W/m·K。

测试例

将实施例1-5制备得到的复合陶瓷材料按本领域已知方法制成保险丝陶瓷管，利用组装机，把铜帽、熔丝（镍铬合金）、复合陶瓷管，组装成保险丝。组装好的保险丝进行分断实验，通入电流至保险丝可以安全断开。不同陶瓷管保险丝的最大安全分断电流值如表1所示。

表1

类别	最大安全分断电流
		实施例1复合陶瓷管	320A
实施例2复合陶瓷管	331A
		实施例3复合陶瓷管	305A
实施例4复合陶瓷管	313A
		实施例5复合陶瓷管	318A
莫来石	30A

本发明的机理：提高陶瓷保险丝管的分断能力和防暴性是指用规格，同壁厚的陶瓷外壳，能承受电压和电流瞬间产生的熔断电弧能量冲击，陶瓷管不炸裂不熔化的功率值。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。