[發明專利]含納米氧化釔的熔融石英陶瓷材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110321759.6
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN102503143A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 卜景龍;陳越軍;王志發;靳英坤;王瑞生;王榕林
• 申請（專利權）人: 河北聯合大學
• 主分類號: C03C10/14
• 分類號: C03C10/14
• 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，具體涉及一種含納米氧化釔的熔融石英陶瓷材料的制備方法。

技術背景

石英陶瓷是指以石英玻璃或熔融石英為原料，經破碎、成型、燒成等一系列陶瓷的制作工藝制備的制品。又稱為熔融石英陶瓷、石英玻璃陶瓷、石英玻璃燒結制品。

熔融石英質陶瓷在1963年由美國實現工業化生產，其生產方法是以石英玻璃和熔融二氧化硅為原料，采用澆注成型。特點是不加入粘土和特殊的結合劑，把原料濕法粉碎成微粉，對粒度進行嚴格管理，以取得必要的流動性和強度。該微粉與各種粒度調整的原料進行混合，制成泥漿，在石膏模中澆注成型，脫模后干燥，經整形后燒成。它不僅具有石英玻璃的許多優良性質，如熱膨脹系數小、熱穩定性好、電絕緣性好、耐化學侵蝕性好，而且還具有一些石英玻璃制品所缺乏的性質。如石英玻璃制品由于導熱性好，在使用時一旦發生失透(析晶)即損壞報廢，而石英陶瓷制品由于導熱性極差，在使用過程中即使表面發生析晶，其內部析晶也很緩慢，制品仍可繼續使用。石英陶瓷還有一個最大的優點，就是在1100℃以下，其強度隨著溫度的升高而大大增加，從室溫至1100℃，其強度可增加33％。由于它具有上述許多優良性質，因此自問世以來，迅速在日本、前蘇聯、法國等工業發達國家得到了推廣及應用，其應用領域也涉及到宇宙飛船、火箭、導彈、雷達、原子能、電子、鋼鐵、煉焦、有色金屬、玻璃等工業領域。

但是，熔融石英陶瓷在高溫使用條件下，因構成熔融石英陶瓷的微細熔融石英顆粒表面能量狀態高，微細熔融石英顆粒更易晶化為方石英，則熔融石英陶瓷的物相組成為熔融石英與α-方石英，熔融石英的低熱膨脹特性基本消失，在相變的過程中伴隨一定的體積變化使得熔融石英陶瓷材料的強度降低、材料開裂，使用安全性可靠性大大將低。

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。

國外學者對熔融石英的光學性能和電學性能以及核性能等方面的進行了研究，而對熔融石英材料晶化抑制的研究甚少。國內部分研究者曾使用過(粒徑大于5微米)Al₂O₃、B₂O₃、Na₂O、H₃BO₃、Si₃N₄、P₂O₅。這些添加劑的使用，雖然可以具有一定的抑制析晶的作用，但是效果并不理想，并且隨著溫度的升高到1300℃以上溫度時，仍會出現較明顯的析晶現象。

本發明將納米氧化釔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納米氧化釔的熔融石英陶瓷材料，與未引入納米氧化釔的純熔融石英陶瓷材料空白樣品比較，該陶瓷瓷材料具有強度高、熱膨脹系數小、難于晶化等優點，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、抗熱震性能好的含納米氧化釔的熔融石英陶瓷材料的制備方法。

本發明的技術方案與技術特征為：

本發明為一種含納米氧化釔的熔融石英陶瓷材料的制備方法，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％，納米氧化釔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。

該陶瓷材料所用熔融石英細粉的平均粒徑為0.027mm，熔融石英細粉純度的重量百分比為：SiO₂≥99.9％。

該陶瓷材料所用納米氧化釔的粒徑＜100nm，納米氧化釔純度的重量百分比為：Y₂O₃≥99.9％。

該陶瓷材料所用坯料制備方法是：納米氧化釔按配比計量后加入一定量無水乙醇攪拌2小時，然后在不斷攪拌狀態下逐步加入熔融石英細粉進行濕混，繼續攪拌混合2小時后水浴加熱攪拌至干燥松散狀態，之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80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4～6小時困料后獲得可供壓力成型的坯料。