一種堇青石材料制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種堇青石材料制備方法，以二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂為主要原料，視其預處理方式分為兩種，一種是未經過處理的工業原料，稱為A料，一種是通過高溫熔融工藝獲得的堇青石化學組成的玻璃熔塊，將玻璃熔塊水淬、破碎、過200目標準篩后稱為B料。將A料與B料按一定比例混合，在此基礎上添加0～3.5wt％的TiCl4作為礦化劑，混合均勻后于1360～1430℃燒制0.5～4h，可獲得熱膨脹系數最低為0.6×10-6℃-1的堇青石材料。本發明所制備的堇青石材料的膨脹系數在20-800℃下，最小可達0.6×10-6/℃。
【專利說明】一種堇青石材料制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料【技術領域】，涉及一種堇青石材料制備方法，尤其涉及一種超低膨脹系數堇青石材料制備方法。
【背景技術】
[0002]堇青石(2Mg0.2A1203.5Si02)陶瓷是高溫領域較常用的低膨脹材料，它不僅具有較低的熱膨脹系數、較高的強度和電阻率，還具有良好的化學穩定性以及介電性質而被廣泛應用于冶金、電子、汽車、化工、環保等領域，是一類非常具有發展潛力與市場前景的陶瓷材料。
[0003]長期以來，國際材料界一直非常注重研究開發這一重要高新技術材料，形成了具有知識產權的核心技術，并對發展中國家加以技術封鎖，牢牢占據技術優勢；如國際著名德國DIDIER公司、Rauschert公司、美國DURR公司，日本NGK公司等等因在上世紀70年代就對高性能低膨脹堇青石陶瓷材料進行了詳細的科學研究并開發出市場急需的產品，例如用于高溫蓄熱燃燒及廢氣處理的大規格蜂窩陶瓷；具有高抗熱震性、抗急冷熱急性強、使用壽命長的高耐熱陶瓷炊具；以及用于汽車尾氣處理與凈化的催化劑載體等，這些材料及產品技術含量高，市場廣闊，售價十分昂貴，其龐大的市場基本被國外所壟斷。
[0004]合成低膨脹堇青石現有一般采用氧化物原料或其礦物煅燒而成，其無法避免的是要面對堇青石燒成溫度范圍窄的難題，難以獲得晶粒細小、晶粒取向分布均勻的堇青石材料。由于堇青石晶體 三軸方向的熱膨脹系數不一致，若晶粒在局部的某一個方向上定向排列，將導致該局部膨脹系數的急劇增大或降低，只有細小晶體在三維空間彼此交錯，形成晶體取向分布均勻的堇青石結構，才能獲得整體熱膨脹系數很小的堇青石材料。現有技術一般采用高嶺土與滑石為主要原料，而這些原料的微觀形貌一般均為片狀或條狀等扁平狀，在材料制備過程中原料顆粒排列狀態極易因為應力的作用而發生轉向，所以在燒制過程中所生成的堇青石晶體很容易發生局部某個方向的擇優取向生長，從而很難獲得在三維空間彼此交錯的由細小晶體組成的堇青石材料，因而無法獲得熱膨脹系數足夠低的堇青石材料。
[0005]到目前為止，堇青石陶瓷材料生產水平最高的當屬日本NGK公司和美國康寧公司，可生產出膨脹系數(Rt~800°C)為0.3~1.0X10_6/°C的堇青石制品。國內堇青石生產廠家主要集中在河南鄭州、河北邢臺、廣東佛山等地，所生產的堇青石材料的熱膨脹系數大多在1.8~2.2X10_6/°C范圍內，抗熱沖擊溫差約在600°C左右，與國際水平尚有較大的差距。國內部分科研單位與高等院校已在開展進一步降低堇青石膨脹系數的技術，一方面爭取使膨脹系數降到1.3 X io-6/0c以下，另一方面，通過添加膨脹系數較小或具有負膨脹的第二相來合成膨脹系數較小的復相堇青石質陶瓷材料，但至今為止尚未見有熱膨脹系數小于1.0X 10_6/°C的堇青石或復相堇青石陶瓷材料的研究報道。
【發明內容】
[0006]為了克服現有技術中存在堇青石材料合成溫度高、燒成溫度范圍窄的缺陷，本發明提供一種堇青石材料制備方法，一方面在合成堇青石的原料中添加化學組成為堇青石的玻璃熔塊，同時在原料中引入礦化劑TiCl4 ;堇青石質玻璃熔塊的引入可以降低堇青石的合成溫度，且由于熔塊粉體不具備扁平狀形貌，可以在很大程度上避免所生成的堇青石晶體的定向生長，另一方面由于TiCl4在常溫下是液體，能夠很好的潤濕氧化物與玻璃粉等原料，因此其引入有利于原料混合的均勻度；且TiCl4在高溫下容易與Al2O3等發生反應，在比生成堇青石晶體低的溫度下生成Al2TiO5微晶體，這些微細晶體的形成能夠顯著降低堇青石晶體的成核勢壘，從而在降低堇青石合成溫度的同時擴寬其燒成溫度范圍。
[0007]其技術方案如下:
[0008]一種堇青石材料制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)稱取二氧化硅、氧化鋁與氧化鎂，其中:二氧化硅含量為49.79wt %~54.24wt%、氧化鋁含量為30.84~37.09wt%、氧化鎂含量為12.71~16.08wt%，混合均勻后備用，稱為A料；
[0010]2)將A料置于剛玉質或石英質坩堝中，升溫至1550°C保溫2h，獲得堇青石質玻璃液，將玻璃液倒入水中進行水淬，得到白色玻璃碎塊；將玻璃碎塊進一步粉碎與球磨，將得到的堇青石質玻璃粉過200目標準篩備用，稱為B料；
[0011]3)稱取A料與B料，其中A料含量為60~90wt%，B料含量為10~40wt% ;再取A料+B料總量的O~3.5wt%的四氯化鈦，以及A料+B料總量的40~60wt%的工業乙醇，密封后球磨2~4h，獲得混合料；
[0012]4)將步驟3)所得的混合料壓制成所需形狀的塊體，干燥后置于高溫窯爐中于1360~1430°C保溫0.5~4h后緩慢冷卻至室溫，獲得低膨脹系數的堇青石質陶瓷材料。
[0013]與現有技術相比，本 發明的有益效果:采用本發明的技術方案所制備的堇青石材料的膨脹系數(20-800°C )最小可達0.6ΧΙΟ—6/°C。
【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0015]一種堇青石材料制備方法，包括以下步驟:
[0016]I)稱取二氧化硅、氧化鋁與氧化鎂，其中:二氧化硅含量為49.79wt%~54.24wt%、氧化鋁含量為30.84~37.09wt%、氧化鎂含量為12.71~16.08wt%，混合均勻后備用，稱為A料；
[0017]2)將A料置于剛玉質或石英質坩堝中，升溫至1550°C保溫2h，獲得堇青石質玻璃液，將玻璃液倒入水中進行水淬，得到白色玻璃碎塊；將玻璃碎塊進一步粉碎與球磨，將得到的堇青石質玻璃粉過200目標準篩備用，稱為B料；
[0018]3)稱取A料與B料，其中A料含量為60~90wt%，B料含量為10~40wt% ;再取A料+B料總量的O~3.5wt%的四氯化鈦，以及A料+B料總量的40~60wt%的工業乙醇，密封后球磨2~4h，獲得混合料；
[0019]4)將步驟3)所得的混合料壓制成所需形狀的塊體，干燥后置于高溫窯爐中于1360~1430°C保溫0.5~4h后緩慢冷卻至室溫，獲得低膨脹系數的堇青石質陶瓷材料。
[0020]本發明的實施例1-13的配方與性能如表1所示。[0021]表1
[0022]
【權利要求】
1.一種堇青石材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)稱取二氧化硅、氧化鋁與氧化鎂,其中:二氧化硅含量為49.79wt%~54.24wt%、氧化鋁含量為30.84~37.09wt%、氧化鎂含量為12.71~16.08wt%，混合均勻后備用，稱為A料； 2)將A料置于剛玉質或石英質坩堝中，升溫至1550°C保溫2h，獲得堇青石質玻璃液，將玻璃液倒入水中進行水淬，得到白色玻璃碎塊；將玻璃碎塊進一步粉碎與球磨，將得到的堇青石質玻璃粉過200目標準篩備用，稱為B料； 3)稱取A料與B料，其中A料含量為60~90wt%，B料含量為10~40wt%;再取A料+B料總量的O~3.5wt %的四氯化鈦，以及A料+B料總量的40~60wt %的工業乙醇，密封后球磨2~4h，獲得混合料； 4)將步驟3)所得的混合料壓制成塊體，干燥后置于高溫窯爐中于1360~1430°C保溫， 0.5~4h后緩慢冷卻至室溫，獲得堇青石質陶瓷材料。
【文檔編號】C04B35/195GK103467078SQ201310357631
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】肖卓豪, 周健兒, 羅文艷 申請人:景德鎮陶瓷學院