[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710051241.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108341660B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧紅霞;程向前;陳海濤;邵剛;范冰冰;王海龍;陳德良;許紅亮;張銳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/10
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 胡云飛

本發(fā)明涉及一種利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷主要由3Y?ZrO₂、高爐渣和Al₂O₃制成；三者的質(zhì)量百分比之和以100％計(jì)，3Y?ZrO₂為20～40％，高爐渣為3～5％，余量為Al₂O₃。本發(fā)明的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷，陶瓷晶粒之間的微晶玻璃相使材料具有良好的力學(xué)性能。本發(fā)明的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷的維氏硬度10.12～14.95GPa，抗彎強(qiáng)度400～493MPa，斷裂韌性4.98～5.97MPa·m^1/2，可以滿(mǎn)足一般苛刻使用環(huán)境對(duì)耐腐蝕、高強(qiáng)度、高硬度、高韌性陶瓷材料的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

ZTA陶瓷即氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，是將氧化鋯顆粒分散添加到氧化鋁陶瓷基體中而得到的一種結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、高絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，同時(shí)具有傳統(tǒng)Al₂O₃陶瓷不具備的高斷裂韌性等優(yōu)異特性，是目前陶瓷材料領(lǐng)域重要材料之一，在電子、航空、機(jī)械、紡織、化工、建筑等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于ZTA陶瓷中的共價(jià)鍵比例高、燒結(jié)擴(kuò)散激活能大、低溫很難致密，有時(shí)燒結(jié)溫度高達(dá)1700℃以上，如此高的燒結(jié)溫度不但容易形成粗大晶粒，聚集長(zhǎng)大的殘余氣孔，從而降低材料力學(xué)性能，而且需要消耗大量的能源，對(duì)高爐耐火磚的損害較大，設(shè)備要求較高。因此降低ZTA陶瓷的燒結(jié)溫度具有十分重要的意義。

由于在液相燒結(jié)過(guò)程中，多晶陶瓷材料的致密化受第二相的影響較小，因此，添加助燒劑液相燒結(jié)ZTA陶瓷，將是一種成本低、操作簡(jiǎn)便的有效途徑。目前報(bào)道用于ZTA陶瓷低溫液相燒結(jié)的助劑較少，主要是一些可以與其它成分物質(zhì)構(gòu)成二元、三元或多元低共熔玻璃體系的化工原料，這類(lèi)添加劑主要有：SiO₂、MgO、CaO、Al₂O₃、TiO₂、MnO₂、Li₂O等，當(dāng)加熱到最低共熔溫度時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)液相，由于共融溫度較加入助劑之前的理論燒結(jié)溫度低，從而實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)。但在材料降溫后，高溫液相也隨之在陶瓷晶界處形成玻璃相，導(dǎo)致材料高低溫力學(xué)性能下降，同時(shí)，采用化工原料作為助燒劑，也增加了ZTA陶瓷的生產(chǎn)成本。

高爐渣作為一種工業(yè)廢渣，是高爐煉鐵水淬時(shí)所獲得玻璃態(tài)無(wú)機(jī)固體材料，主要成分為SiO₂、CaO、Al₂O₃。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，高爐渣在高溫下通過(guò)控制晶化過(guò)程，可以制備微晶玻璃，這是一類(lèi)在玻璃基體中含有大量微晶相的固體材料，它既具有玻璃的致密性，又具有陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，具有很高的循環(huán)利用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷。

本發(fā)明還提供了一種利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷所采用的技術(shù)方案是：

一種利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷，主要由3Y-ZrO₂、高爐渣和Al₂O₃制成；三者的質(zhì)量百分比之和以100％計(jì)，3Y-ZrO₂為20～40％，高爐渣為3～5％，余量為Al₂O₃。

本發(fā)明的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷，陶瓷晶粒之間的微晶玻璃相使材料具有良好的力學(xué)性能。本發(fā)明的利用工業(yè)廢渣為助劑的陶瓷的維氏硬度10.12～14.95GPa，抗彎強(qiáng)度400～493MPa，斷裂韌性4.98～5.97MPa·m^1/2，可以滿(mǎn)足一般苛刻使用環(huán)境對(duì)耐腐蝕、高強(qiáng)度、高硬度、高韌性陶瓷材料的使用要求。