[發明專利]一種碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310307820.0
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103360041A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 覃春林;甘笑雨;溫廣武;王春雨;王鑫宇;宋亮;夏龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: C04B35/19
• 分類號: C04B35/19;C04B35/622
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 王元生

技術領域

本發明涉及一種復合陶瓷材料及其制備方法，具體是涉及一種二硅酸鋰為主晶相的碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

在科技高速發展的今天，陶瓷材料在軍事、機械、航空航天和能源等領域應用廣泛，對于材料在耐磨性能、耐腐蝕性能、耐高溫性能、剛度、硬度、強度等各個方面的需求在日益提高。在近幾十年的時間內，研究者們對微晶玻璃的析晶機理、制備技術和組成設計技術進行了長時間的探索研究。?二硅酸鋰微晶玻璃是一種以析出的二硅酸鋰（Li₂Si₂O₅）為主要晶相的一系列微晶玻璃的統稱，這種系列的微晶玻璃有許多優點，例如低熔點和膨脹系數可調，所以在生物醫學領域和電子封裝領域內有廣泛的應用，尤其在齒科領域更是有較高的利用價值。目前制備二硅酸鋰微晶玻璃常采用熔融法、熱壓燒結法和真空熱壓燒結制備工藝，常見的用氧化鋯和稀土元素作為二硅酸鋰的增強相，如中國專利CN200710072597.0和CN200910043711.6。但對于碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料的研究還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種制備方法簡單，節能環保，生產成本較低，具有較好的機械性能，化學穩定性好，耐磨損性能和自潤滑性能好的碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料及其制備方法。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料，其特征是：其以SiO₂、Li₂O、P₂O₅、ZnO、CaO、K₂O和碳粉為原料，各組份的質量百分比為：SiO₂?67.6～73.6%、Li₂O?16.9～18.7%、P₂O₅?2.3～5.3%、ZnO?0.8～3.1%、CaO?1.1～2.3%、K₂O?1.8～5.3%、碳粉?0.2～0.9%；在1400oC-1500oC對上述氧化物組成的玻璃混合料進行晶化熱處理，得到基礎玻璃體，與碳粉混合球磨后通過熱壓燒結，高溫脫模并隨爐冷卻，即得到碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料。

本發明上述碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料的制備方法，其特征是：其包括以下幾個步驟：

1）按比例稱取SiO₂、Li₂O、P₂O₅、ZnO、CaO、K₂O和碳粉，將SiO₂、Li₂O、P₂O₅、ZnO、CaO和K₂O粉末狀原料經混合球磨，球磨6-12小時后烘干，得到混合均勻的玻璃混合料；

2）將剛玉坩堝放入電阻爐中加熱至1400-1500oC迅速拿出，然后將步驟1)中的玻璃混合料放入已加熱到1400-1500oC的剛玉坩堝中，接著立刻把裝有玻璃混合料的剛玉坩堝重新放入電阻爐中，保溫30-40min，然后取出，倒入蒸餾水中進行淬火，得到基礎玻璃體；

3）將步驟2)中得到的基礎玻璃體磨成細小的玻璃粉末，然后與碳粉混合球磨2小時后，烘干，隨后放入模具中，進行預壓；?

4）直接將預壓后的裝有原料粉末的模具放入熱壓爐中，在空氣氣氛下加熱至820-850oC，在無壓狀態下保溫1h，隨后加壓至32-40Mpa，保溫1-2h，接著高溫脫模并隨爐冷卻，即得到以二硅酸鋰為主晶相的碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料。

本發明制備的復合材料具有較好的機械性能，強度較高，化學穩定性好，灰黑色不透明，碳含量約占0.2-0.9wt%，在切削時會逐漸出現抗切削性能；這種材料的制備方法簡單易操作，節能環保無污染，不引入重金屬離子和有毒物質，對設備要求較低，生產成本較低。本發明制備的碳/二硅酸鋰復合陶瓷材料還具有良好的耐磨損性能和自潤滑性能，適于作為金剛石刀片和金剛石砂輪的修整材料使用。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。