[發明專利]含氧化鈥的熔融石英陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010003609.6
• 申請日: 2010-01-06
• 公開（公告）號: CN101767984A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 王志發;卜景龍;馬飛;賈翠;王瑞生;王榕林;陳思思
• 申請（專利權）人: 河北理工大學
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于高溫結構陶瓷領域，具體涉及含氧化鈥的熔融石英陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

熔融石英是一種玻璃態SiO₂物質，具有耐高溫(1000℃)、低熱膨脹系數(0.5×10-6/℃)等特性。以 熔融石英為原料可制備直接成型熔融石英制品及熔融石英陶瓷材料。

熔融石英陶瓷材料是以熔融石英玻璃碎塊為原料，經磨細、制漿、澆注成型后燒結而成；或經磨細、 壓力成型及燒結制得。由熔融石英制備的熔融石英陶瓷材料比直接成型熔融石英制品的晶化危害程度低， 可使用于1000℃以上的高溫環境，并具有優良的抗熱震性能。因此熔融石英陶瓷材料在玻璃熔制、鋼鐵及 有色金屬冶金、電子、軍工導彈、航天器等領域得到較廣泛的應用。

但是，熔融石英陶瓷材料中的熔融石英顆粒仍為不穩定高能態物質，熔融石英晶化為方石英的過程具 有自動進行的趨勢，該晶化過程伴隨有較大的體積效應，且晶化后的方石英比熔融石英的熱膨脹系數大的 多。熔融石英陶瓷材料在高溫使用條件下或經歷高溫差的溫度急變時，因熔融石英晶化或者因方石英晶型 轉變伴隨的體積變化，而導致熔融石英陶瓷材料產生裂紋強度下降，甚至導致材料開裂損毀。因此，減小 熔融石英陶瓷材料高溫使用時的晶化作用，尋求抑制熔融石英顆粒晶化的技術途徑，提高其使用的安全性 及可靠性，成為熔融石英陶瓷材料需要解決的研究與應用課題。

近年來，國內進行了熔融石英陶瓷材料增強與析晶抑制的研究，部分研究者如采用納米SiC顆粒、SiC 纖維、SiC晶須等引入熔融石英陶瓷基體中，對改善熔融石英陶瓷材料的力學性能發揮了重要作用；另有 部分研究者采用單一的H₃BO₃、Si₃N₄、Al₂O₃等作為添加劑引入到熔融石英陶瓷基體中，獲得了一定的析 晶抑制效果。在此方面，國外還未見有研究報道。

發明者采用一些稀土氧化物如氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化鏑(Dy₂O₃) 和氧化鈥(Ho₂O₃)等稀土氧化物微細顆粒引入到熔融石英陶瓷材料粉體中，經成型及高溫燒結后制得含 稀土氧化物的熔融石英陶瓷材料。經熱膨脹、XRD、SEM及燒結性能測試結果分析，氧化鈥是促進熔融 石英陶瓷材料燒結、抑制晶化的適宜添加劑。經與未引入氧化鈥的純熔融石英陶瓷材料空白樣品比較，該 熔融石英陶瓷材料具有強度高、晶化程度低、熱膨脹系數小等優點，是一種安全性可靠性程度更高的熔融 石英陶瓷材料。本發明可為我國玻璃熔制、鋼鐵及有色金屬冶金、電子、軍工導彈、航天器等領域提供一 種新型高溫結構材料，具有廣闊的應用前景及強化國防的意義。

發明內容

本發明的目的在于上述現有技術中的不足，提供一種強度高、低熱膨脹、抗熱震性能好的含氧化鈥的 熔融石英陶瓷材料及其制備方法。

本發明的技術方案與技術特征為：

本發明為一種含氧化鈥的熔融石英陶瓷材料及其制備方法，其特征在于該陶瓷材料所用原料以及原料 的重量百分比為：熔融石英細粉97～99％，氧化鈥細粉1～3％。該陶瓷材料制備包括以下步驟：坯料制 備；坯體成型；坯體干燥；坯體燒成。

熔融石英細粉的粒徑＜0.043mm，熔融石英細粉純度的重量百分比為：SiO₂≥99.9％。

氧化鈥細粉的粒徑為＜0.030mm，氧化鈥細粉純度的重量百分比為：Yb₂O₃≥99.9％。

坯料制備方法：將熔融石英細粉、氧化鈥細粉按配比計量后進行干混2～3分鐘，然后在不斷攪拌狀 態下逐步加入質量濃度2％的聚乙烯醇溶液結合劑7％(重量百分比，外加)，繼續攪拌混合2～3分鐘后過 40目篩，過篩后繼續攪拌1～2分鐘后置于密閉塑料袋中困料，經4小時困料后獲得可供壓力成型的坯料。

坯體成型方法：將上述混合均勻并經困料的坯料采用液壓機成型為坯體，坯體成型壓強為≥50MPa。