[發明專利]含納米級氧化錫的熔融石英陶瓷材料

有效

• 申請號: 201310357125.5
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103449804A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 卜景龍;谷瑩蕾;何永武;陳越軍;王志發
• 申請（專利權）人: 河北聯合大學
• 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，具體涉及一種含納米級氧化錫的熔融石英陶瓷材料。

背景技術

熔融石英具有優良的低熱膨脹等特性，其800℃時的熱膨脹率僅為0.05％，由熔融石英顆粒制備的熔融石英陶瓷材料具有優良的抗熱震性能，廣泛應用于玻璃熔制、鋼鐵及有色金屬冶金、電力、電子、軍工導彈、航天器等領域。但熔融石英陶瓷材料中的顆粒狀熔融石英為熱力學不穩定的高能態物質，在＞1200℃的高溫條件下，熔融石英易逐漸脫玻化(或稱晶化)形成高熱膨脹率(或高熱膨脹系數)的方石英，該晶化過程伴隨有較大的體積效應。熔融石英的晶化程度隨溫度升高而逐步增大，且熔融石英陶瓷材料的熱膨脹率隨熔融石英晶化程度增大而提高。經1350℃保溫1小時燒后的純熔融石英陶瓷材料，其中的熔融石英大部晶化為方石英，該熔融石英陶瓷材料1000℃時的熱膨脹率增大至1.55％，相應的熱膨脹系數為15.82×10^-6/℃，因此該材料的抗熱震性能大幅度降低。

熔融石英晶化程度高的熔融石英陶瓷材料，在經歷自高溫至常溫、或自常溫至高溫的熱震過程時，熔融石英陶瓷材料易產生熱震裂紋，甚至因裂紋擴展導致材料開裂損毀。因此，降低熔融石英陶瓷材料高溫使用時的熔融石英晶化程度及其危害作用，探尋減小或抑制熔融石英晶化程度的技術途徑，成為熔融石英陶瓷材料應用發展的重要技術課題。應尋求一種技術方法，使熔融石英陶瓷材料在經歷1200℃～1350℃高溫使用環境條件下，熔融石英陶瓷材料中熔融石英的晶化程度較小，使熔融石英陶瓷材料仍具有較低的熱膨脹率(或較低的熱膨脹系數)和較高的抗熱震性能，從而提高熔融石英陶瓷材料在鋼鐵冶金、航天軍工等領域應用的安全可靠性。

近年來，國內一些機構進行了熔融石英的燒結與析晶抑制的研究，研究者采用微米級或納米級添加劑如稀土氧化物氧化鑭、氧化鐿、氧化釹、氧化鈥、氧化釔、氧化鈰等引入到熔融石英陶瓷材料中，獲得了一定的熔融石英析晶抑制效果。但上述稀土氧化物的價格較高，增大了熔融石英陶瓷材料的制造成本。

本發明采用納米級氧化錫作為抑制熔融石英析晶的添加劑，少量引入到熔融石英陶瓷材料粉體中制備試樣，進行1350℃保溫1小時的高溫燒成試驗。與未引入納米級氧化錫的純熔融石英陶瓷材料試樣比較，引入納米氧化錫的熔融石英陶瓷材料試樣的熱膨脹率大幅度減小，表明納米氧化錫對熔融石英的析晶具有明顯的抑制作用，含納米氧化錫的熔融石英陶瓷材料是一種安全可靠性程度更高的高溫結構陶瓷材料。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

本發明的目的在于克服上述現有熔融石英陶瓷材料技術中的不足，提供一種含納米級氧化錫的熔融石英陶瓷材料的制備方法。

本發明為一種含納米級氧化錫的熔融石英陶瓷材料，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：主要原料熔融石英粉99.0～99.5％，添加劑納米級氧化錫0.5～1.0％。

主要原料熔融石英粉的粒徑＜0.040mm，熔融石英粉純度的重量百分比為：SiO₂≥99％。

添加劑納米級氧化錫的粒徑為＜100nm，納米級氧化錫純度的重量百分比為：SnO₂≥99％。

該熔融石英陶瓷材料的成型方法包括：注漿成型、滾壓成型、熱壓鑄成型、模壓成型或擠出成型。

該熔融石英陶瓷材料的燒成方法包括：還原氣氛燒結、常壓高溫燒結、熱壓燒結或真空燒結，不同燒成方法的燒成溫度均≥1350℃。

具體實施方式

實施例1

含納米級氧化錫的熔融石英陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比為：＜0.040mm的熔融石英粉99％，＜100nm的納米級氧化錫1％。將熔融石英粉、納米級氧化錫按配比混合后加適量乙醇攪拌形成具有流動性的料漿，對料漿繼續攪拌2分鐘再經脫水及干燥后獲得混合干粉體，然后向混合干粉體中逐步加入質量濃度2％的聚乙烯醇溶液結合劑6％(重量百分比，外加)，繼續攪拌混合2分鐘后過篩，過篩后置于密閉塑料袋中困料3小時后獲得可供試樣模壓成型的坯料。將坯料采用液壓機模壓成型，坯體成型壓強為100MPa。將成型后坯體在20℃室溫干燥3小時，之后在70℃干燥0.5小時，最后經100℃干燥0.5小時獲得供燒成的干燥坯體。將干燥后的坯體經1350℃保溫1小時燒成后獲得含納米級氧化錫的熔融石英陶瓷材料。