一种高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷及其制备方法

文档序号：1766172 发布日期：2019-12-03 浏览：17次 >En<

阅读说明：本技术 一种高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷及其制备方法 (A kind of cordierite heat resisting porcelain of highly thermally conductive highly heatproof and shockproof and preparation method thereof ) 是由劳新斌徐笑阳江伟辉梁健刘建锋于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷,包括基料和结合剂,所述基料的组成为镁质矿物原料20～35wt％、粘土质原料33～50wt％、Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>粉3～15wt％、金属硅粉7～28wt％、碳源材料3～12wt％、金属铝粉3～10wt％,所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。此外,还公开了上述高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷的制备方法。本发明以金属铝粉、金属硅粉和碳源材料为合成碳化硅晶须的原料,从而通过原位合成的方式引入碳化硅晶须,使碳化硅晶须均匀地分布在堇青石质耐热瓷内部,极大地提高了耐热瓷的力学性能、导热性能。本发明原料易得、工艺简单、烧成温度低、成品率高,对于提高镁质耐热瓷的品质、附加值具有重要意义,有利于推广应用和行业技术的进步与发展。(The invention discloses a kind of cordierite heat resisting porcelain of highly thermally conductive highly heatproof and shockproof, including base-material and bonding agent, the group of the base-material becomes 20~35wt% of magnesium minerals raw material, 33~50wt% of clayey raw material, Al 2 O 3 3~15wt% of powder, 7~28wt% of metallic silicon power, 3~12wt% of carbon source material, 3~10wt% of metallic aluminium powder, the dosage of the bonding agent are 6~12wt% of base-material.In addition, also disclosing the preparation method of the cordierite heat resisting porcelain of above-mentioned highly thermally conductive highly heatproof and shockproof.The present invention is using metallic aluminium powder, metallic silicon power and carbon source material as the raw material of synthesizing silicon carbide whisker, to introduce silicon carbide whisker by way of fabricated in situ, it is evenly distributed in silicon carbide whisker inside cordierite heat resisting porcelain, greatly improves mechanical property, the heating conduction of heat resisting porcelain.Raw material of the present invention is easy to get, simple process, firing temperature are low, high yield rate, and quality, added value for improving magnesia heat resisting porcelain are of great significance, and is conducive to promote and apply and the progress and development of industry technology.)

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷及其制备方法。

背景技术

堇青石的化学式为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，是一种具有低热膨胀系数特点的晶体。而堇青石质陶瓷具有抗热震性优良、低热膨胀系数和介电常数低、耐火度高等特性，广泛用作催化剂载体、电子封装材料、集成电路板、生物陶瓷和耐火材料等。在日用陶瓷领域，堇青石质陶瓷还可用作耐热瓷。我国的镁质矿物资源丰富，如辽宁的菱镁矿、江西的黑滑石等，具有大量生产堇青石陶瓷的天然优势。但堇青石质陶瓷具有强度低、导热性差等问题，作为日用耐热瓷不仅延长了食物的加热时间，提高了能耗，还不利于材料的抗热震性。碳化硅晶须具有高模量、高热导率、高强度的特性，可提高陶瓷材料的强度、断裂韧性和抗热震性，恰好可以弥补堇青石质陶瓷材料的缺点，二者的复合有助于提高耐热瓷的性能和附加值。

然而，将碳化硅晶须与堇青石质陶瓷结合存在以下几个难点：1、碳化硅晶须在陶瓷基体中具有“桥架”作用，会阻碍陶瓷的致密化；2、采用常规的手段烧结则碳化硅晶须易在烧成过程中氧化，生成的气体反而破坏了陶瓷基体的结构与优良性能；3、碳化硅晶须作为一种高性能的增强材料，具有生产成本高的问题，直接导致产品的成本过高；4、直接以碳化硅晶须粉末为原料，生产过程中容易吸入人体呼吸道，不利于生产人员的身体健康，给生产操作造成一定风险。所以亟需开发一种能解决以上4个问题的新技术，从而有效地提高镁质耐热瓷的性能及附加值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷，通过掺入金属硅粉、金属铝粉与碳源材料，以便通过原位合成的方式在堇青石质耐热瓷中引入碳化硅晶须，而获得高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷。本发明的另一目的在于提供上述高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种堇青石质耐热瓷，包括基料和结合剂，所述基料的组成为镁质矿物原料20～35wt％、粘土质原料33～50wt％、Al₂O₃粉3～15wt％、金属硅粉7～28wt％、碳源材料3～12wt％、金属铝粉3～10wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。

进一步地，本发明所述镁质矿物原料为滑石、菱镁矿粉、蛇纹石中的一种或其组合，所述粘土质原料为高岭土、球土、膨润土中的一种或其组合，所述碳源材料为石墨、炭粉、碳黑中的一种或其组合。

进一步地，本发明所述镁质矿物原料的粒度为80～325目；所述粘土质原料的粒度为80～325目；所述Al₂O₃粉的粒度为150～700目；所述金属硅粉的粒度为150～325目；所述金属铝粉的粒度为150～325目。

上述方案中，本发明所述结合剂为水、浓度2～8wt％的PVA溶液、废纸浆液、糊精中的一种或其组合。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷的制备方法如下：将所述基料混合后，加入结合剂混合均匀；压制成型、干燥后得到的生坯，进行埋碳烧结，烧成后即制得高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷。

进一步地，本发明制备方法所述干燥后的生坯其水分含量＜1％。

上述方案中，本发明制备方法所述埋碳烧结的碳源材料为石墨粉、炭粉、碳黑中的一种或其组合。所述烧结温度为1300～1460℃，烧成时间为1～2h。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用在堇青石质耐热瓷的矿物原料体系中掺入金属硅粉、金属铝粉和碳源材料的方式，使三者在埋碳烧成堇青石质瓷的过程中通过复杂的化学反应原位合成碳化硅晶须。由于堇青石天然具有均匀多孔的结构特点，可通过在堇青石孔洞中合成晶须的方式使晶须均匀地分布在堇青石质瓷内部，无需额外购买昂贵的碳化硅晶须原料，从而有效解决了现有技术中成本问题以及晶须与原料不易混匀的问题，而且不影响陶瓷的结构致密度，同时极大地提高了堇青石质陶瓷材料的性能。

(2)本发明通过埋碳烧结法制造了保护气氛，保护原位合成的碳化硅晶须不被氧化产生气孔而影响产品性能，这种方法具有操作性强、适用性强的特点，适用于多种窑炉。

(3)本发明高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷，致密度高、热导率高、抗热震性能好、热膨胀系数低、机械强度高，其主要性能指标如下：吸水率＜0.5％、天然矿物添加量≥50％、热膨胀系数≤4×10^-6·℃^-1、热导率≥4W/(m·K)、抗折强度≥60MPa、1100℃～室温抗热震循环30次不开裂。

(4)本发明原料易得、工艺简单、烧成温度低，并且对于提高传统的堇青石质耐热瓷的品质、以及节约产品成本具有重要意义，因而具有广阔的市场前景，有利于推广应用和行业技术的进步与发展。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是本发明实施例所制得的堇青石质耐热瓷的断面显微结构图(扫描电镜二次电子像)；

图2是本发明实施例所制得的堇青石质耐热瓷中原位合成碳化硅晶须的透射电子形貌图。

具体实施方式

实施例一：

1、本实施例一种高热导高抗热震的堇青石质耐热瓷，包括基料和结合剂，基料的组成为滑石(250目)16wt％、菱镁矿粉(325目)13wt％、高岭土(325目)35wt％、球土(325目)15wt％、Al₂O₃粉(150目)8wt％、金属硅粉(250目)7wt％、石墨粉(250目)3wt％、金属铝粉(250目)3wt％，结合剂为水和糊精，其用量分别为基料的6wt％和1wt％。