[發明專利]人工合成四方晶系透鋰長石及其制造方法

在審

• 申請號: 202011388660.3
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112358286A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 黃新開
• 申請（專利權）人: 黃新開
• 主分類號: C04B35/19
• 分類號: C04B35/19;C04B35/622
• 代理公司: 泉州市博一專利事務所(普通合伙) 35213
• 代理人: 洪淵源

本發明涉及一種人工合成四方晶系透鋰長石的制造技術，具體是以豐富的硅酸鹽礦物和化工原料等為組分原料，參照天然透鋰長石化學計量值范圍，借鑒陶瓷生產工藝流程和技術手段，用以合成特定硅酸鹽礦物晶體的技術方案。該合成產物四方晶系透鋰長石，是單斜晶系天然透鋰長石的同分異構體，該產物在含鋰品位、熱負膨脹性能、材料純凈度等諸方面都優于天然透鋰長石。同時，其生產制造成本也比進口透鋰長石的市銷價格更低亷，對于突破天然透鋰長石資源瓶頸約束，拓寬耐熱陶瓷原料供應來源，提高日用耐熱陶瓷制品品質，皆具有積極而深遠的意義。

技術領域

本發明屬于陶瓷材料人工合成制造領域，具體是涉及一種人工合成四方晶系透鋰長石及其制造方法。

背景技術

透鋰長石特殊的晶體結構，賦予它在特定的溫度范圍內（室溫~600℃）具有負膨脹和近零膨脹的材料特性(600℃時其膨脹系數為α= 0.26×10^-6/℃)；而同為鋰質低膨脹礦物的鋰輝石，在室溫至600℃溫度范圍內，卻只能表征出正膨脹的材料特性(600℃時其膨脹系數為α=1.28×10^-6/℃)。由于透鋰長石這種負膨脹和近零膨脹的材料特性，使得透鋰長石在復相陶瓷中，可以在二元或多元晶相間產生足夠的晶界膨脹差，而由其應力引發的微裂紋增韌效應，可以大大提高透鋰長石質耐熱陶瓷制品的抗熱震性能。近幾年來，隨著耐熱陶瓷材料領域對微應力、微裂紋增韌機理認知的深化和配方技術的不斷成熟，促發了透鋰長石在耐熱陶瓷領域應用規模的的迅速擴大。由此在導致透鋰長石資源供應緊張的同時，也催生了透鋰長石耐熱陶瓷材料研發的熱潮。

在透鋰長石低膨脹陶瓷研發領域，早在1988年，周健兒就發明了一種低膨脹陶瓷及其制備方法（公開號為CN 88100211A），該專利公開了在普通硅酸鹽陶瓷材料中，引入碳酸鋰以制造低膨脹陶瓷的技術方案。該專利還聲明，其低膨脹陶瓷材料的主晶相為透鋰長石固溶體。或許是受限于當時的科研條件，該專利文件并未提供相關低膨脹材料的定性檢測、分析報告。

該專利還列明以示性礦物法表達的低膨脹陶瓷材料配方，具體的質量百分數如下：石英37～39%、高嶺土49～52%、碳酸鋰9～12%。本發明人以上述參數的中位值列式，計算出該專利配方中SiO₂、Al₂0₃、Li₂0質量百分比（剔除灼燒減量后）分別為70.11%、22.02%、4.80%，顯然，在該化學組分中，除了氧化鋰含量契合天然透鋰長石計量范圍，其余硅、鋁兩個骨干基元的化學計量值均與天然透鋰長石礦物的化學計量范圍相去甚遠。進一步的，本發明人選取上述專利配方示性礦物中，石英占比為上限39%、高嶺土占比為下限49%的組合式（即該專利配方的最高硅、鋁比組合），來計算該配方的硅、鋁摩爾比，并對其作相應的分析和比較，計算得出的該配方最高硅、鋁摩爾比為5.78，這與天然透鋰長石化學計量的硅、鋁摩爾比約7.78相比，可謂判若云泥。材料學常識告訴我們，材料的化學成份計量值是材料定性分析的基本依據，兩個硅、鋁摩爾比懸殊的硅酸鹽材料，其屬性豈可同日而語。

通過以上分析，可以認定以上專利配方的化學計量值更接近β-鋰輝石的化學計量范圍。其化學計量參數并不具備產生以透鋰長石為主晶相的物質要素。故上述專利配方產物，其主晶相更大的可能性是：β-鋰輝石固熔體。

這里還需指出，上述專利配方的產成物，是固液兩相燒結體，作為瘠性材料，它的單方成型性能顯然并不能滿足日用耐熱陶瓷規模化生產的要求。此外，上述專利配方是以引入全化工鋰鹽來合成低膨脹材料的。近年來，化工鋰鹽價格大起大落的狀況，也給該技木方案的實施，帶來了難以克服的經濟技術障礙。

發明內容

本發明提供一種人工合成四方晶系透鋰長石及其制造方法，以擺脫現有低膨脹陶瓷材料生產技術，難以產出以全晶相透鋰長石材料的困境。本發明的產成品—人工合成四方晶系透鋰長石，恰屬全晶相透鋰長石人造礦物，其產品性能符合日用耐熱陶瓷規?；纳a要求，可實現對高耐熱配方原料—天然透鋰長石的完全替代。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：