[發明專利]一種鉬剛玉陶瓷材料及低溫燒結方法

有效

• 申請號: 200710147352.X
• 申請日: 2007-09-04
• 公開（公告）號: CN101182190A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 楊淑金;吳伯麟;張楠
• 申請（專利權）人: 桂林工學院
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/64
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于氧化鋁陶瓷材料技術領域，特別涉及一種添加氧化鉬的剛玉陶瓷材料及其低溫燒結方法。

背景技術

氧化鋁陶瓷又稱剛玉瓷，具有優良的力學性能、電性能、熱性能、很高的漫反射率、耐腐蝕性、原料豐富價廉以及比MgO、SiC、Si₃N₄陶瓷更易燒結的特性，是用來制造多種高強度、耐磨損、耐高溫等性能陶瓷部件的基礎材料，且需求量巨大，因而倍受國內外的關注，在現代工業和現代科學技術領域中得到越來越廣泛的應用，是目前應用最廣泛的一種特種陶瓷，應用領域涉及到冶金、化工、機電、船舶、宇航、軍事等各個領域。在氧化鋁陶瓷生產中，國內外均存在著同樣的問題，即不能用現有工業生產技術、低成本制造高性能氧化鋁陶瓷。氧化鋁瓷的燒結溫度高達1600～1700℃，投資大，能耗高，抗彎強度一般僅為250-350MPa。產品質量很難進一步提高，限制了它的推廣應用。氧化鋁陶瓷燒結溫度較高，易引起晶粒長大，導致力學性能下降一般采用加入液相物質促進燒結的辦法。按作用方式的不同，添加劑通過兩種形式促進氧化鋁的燒結。第一、添加劑系統本身或者添加劑與氧化鋁基體之間形成液相，這類添加劑如SiO₂以及MgO、CaO、SrO、BaO等，液相的存在方便了氧化鋁顆粒的重排，同時通過融解-沉淀機理促進燒結。第二、與氧化鋁基體形成固溶體，通過增加氧化鋁的晶格畸變，使擴散速率變大，從而促進燒結。添加劑如TiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃、MnO₂、Y₂O₃等。但是，當加入量較少時，燒結溫度仍然偏高；當加入量增大時，雖然有利于燒結，但最終材料力學性能出現較大幅度下降。

為了解決這些問題，近幾年來國內外學者均進行了大量的研究工作。國內外實驗室關于氧化鋁陶瓷的研究水平取得了重要進展，日本科學家在90年代研制出抗彎強度達到＞1000MPa的氧化鋁樣品。提出用超細氧化鋁粉體作原料，在1400℃燒結即能制備出性能優良的致密坯體，但其超細氧化鋁粉制備工藝復雜，成本很高。我國目前同樣存在類似的問題，雖然國內學者也在氧化鋁原料制備及降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度方面做了大量的研究工作，都沒有從根本上解決氧化鋁陶瓷的價格與性能之間的矛盾，我國的研究人員在實驗室條件下也得到抗彎強度300～500MPa，甚至＞1000MPa的氧化鋁樣品，采用的原料是超細納米氧化鋁粉與納米碳化硅復合原料加等離子放電燒結或熱等靜壓燒結，其抗彎強度得到大幅度提高，但不具有工業價值，工業生產無法推廣。

發明內容

本發明的目的是就是采用工業原料，通過添加氧化鉬，利用常壓低溫燒結技術制備抗彎強度大300～600MPa的高強度氧化鋁陶瓷，可以解決上述燒結溫度過高、采用超細粉或用離子放電燒結或熱等靜壓燒結所產生的能耗過大，產品成本高等的問題。

本發明涉及的鉬剛玉陶瓷材料中原料重量百分比含量為：氧化鋁粉85～99.5％、氧化鉬0.1～3.0％、粘土0.1～14.5％、長石0.1～14.5％、碳酸鈣0.1～14.5％、滑石0.1～14.5％。

具體步驟為：

(1)在氧化鋁粉中添加氧化鉬，以粘土、長石、碳酸鈣、滑石作為燒結助劑；

(2)將上述原料球磨混合3小時后在空氣中于100℃烘干24小時；

(3)在200～300MPa下保壓3分鐘冷等靜壓成型；

(4)在硅鉬爐中1350～1550℃保溫0.5～3小時燒結，隨爐冷卻，可獲得抗彎強度為300～600MPa燒結體即鉬剛玉陶瓷材料。

本發明采用一般工業設備，工藝簡單，有利于剛玉陶瓷工業化生產；不僅顯著降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度，同時抗彎強度可以達到350～600Mpa；能顯著降低高鋁陶瓷生產中的高溫能耗及產品成本，同時獲得高強度氧化鋁陶瓷。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

實施例1：

(1)原料重量百分比為：α-Al₂O₃粉92％、氧化鉬1％、長石1％、碳酸鈣2％、粘土3％和滑石1％，按上述比例配料；

(2)將上述原料球磨混合3小時后在空氣中于100℃烘干24小時；

(3)采用冷等靜壓成型，在200MPa壓力下保壓3分鐘；

(4)在硅鉬爐中于1430℃常壓燒結，保溫2小時。