专利名称：炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料的制作方法
技术领域：
本发明是一种堇青石固溶体焊接陶瓷材料，具体为一种炻瓷质堇青石固溶体焊接衬 垫材料。
背景技术：
目前用于C02气体保护自动/半自动焊接的衬垫材料，主要是各种规格的陶质焊接衬垫，都属于MgO-AL203-Si02系堇青石陶瓷材料。由于堇青石结构疏松，离子排列不 紧密，晶格内有较大的孔腔，难烧结，大部分厂家生产的陶质焊接衬垫产品的吸水率很 高。由于吸水率高，其产品材质储存、久置在空气中而导致吸潮率高，在焊接中因吸潮 容易产生焊接气泡，焊缝表面出现压抗等焊接问题。发明内容本发明要解决的技术问题是现有MgO-AL20rSi02系堇青石焊接衬垫材料结构疏 松，离子排列不紧密，晶格内有较大的孔腔，难烧结，吸潮率高。本发明的技术方案是炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，以MgO-AL2Cb-Si02系 堇青石为基料，含阳离子的原料为添加剂，所述阳离子的半径小于Mg离子半径，基料 和添加剂粉碎、均匀混合后，在1280'C以上的高温下烧结形成间隙型堇青石固溶体，其 中添加剂的阳离子含量为基料重量的3—7%。本发明添加剂所含的阳离子要填充到堇青石晶格中，其半径至少要小于Mg+2， Li+ 和P"半径小，且它们的化学性质有助于堇青石的致密化，另外从材料的获得和成本考虑，添加剂优选锂瓷石或锂瓷石和磷灰石的混合物，选用陶瓷级锂瓷石、磷灰石。锂瓷 石本身含有少量熔剂，可以略微降低堇青石熔点，促进堇青石致密化，磷灰石可促进堇 青石基料的低温合成，添加时锂瓷石重量为基料的10—15%，磷灰石重量为基料的3 — 7%。本发明中使用的MgO-AL203-Si02系堇青石的成分重量配比为高岭土 35—40%， 熟矾石粉25 — 30%，生滑石粉15—20%，镁质粘土15_20%。其中高岭土可以是2—4 种高岭土的混合，由于本发明中MgO-AL203-Si02系堇青石的配比为本领域公知技术，不再详述。
生产本发明材料时，工艺步骤与现有MgO-AL203-Si02系堇青石焊接衬垫材料的烧 制工艺相同。按配比将基料各成分和添加剂同时投入球磨机粉碎，球磨细度范围控制在 250目筛余0.05 — 1%，之后放出泥浆并不断搅拌，压滤成泥饼并干燥，再把泥饼打粉， 陈腐，造粒，成型，然后入窑在128(TC以上的温度中烧结，即可得到炻瓷质的堇青石固 溶体焊接衬垫材料。本发明针对堇青石晶格孔腔大的特点，将阳离子半径较小的原料填充到堇青石孔腔 中，形成间隙型堇青石固溶体，减小了堇青石孔腔间隙，降低了吸水率，使原陶质堇青 石成为炻瓷质，从而降低了吸潮率，低于0.04%，远低于陶质材料《0.4%的吸潮率，由 于配方和工艺未超出原陶质堇青石衬垫制造工艺范围，仅在原配方基础上增加了少量添 加剂，本发明炻瓷质堇青石仍有良好的耐热震性和脱渣效果，耐火度达143(TC，达到了 陶质材料^130(TC的标准，且有更高的机械强度，能够有效避免因衬垫材质吸潮而产生 的焊接气泡和焊缝表面压抗等焯接问题。
具体实施方式
本发明运用硅酸盐晶体结构理论和工艺，根据MgO-AL203-Si02系堇青石的原料组 成计算出其矿物组成的理论值，添加适量的小半径阳离子添加剂，填充到堇青石的晶格 孔腔，使其成为较致密的间隙型固溶体，即利用了堇青石的低膨胀性，保持其良好的耐 热性，又使疏松的晶格致密化。本发明MgO-AL203-Si02系堇青石的配置属于现有工艺，本发明使用的重量配比为 高岭土 35—40%，熟矾石粉25 — 30%，生滑石粉15—20%，镁质粘土15—20%。因为 要填充堇青石的晶格孔腔，添加剂所含的阳离子半径至少要小于Mg+2，如V"， Ti+4， Li+， P"等，本发明选用的Li+， P+s是较易获得的原料，其半径均小于拊8+2， P"半径 还小于Al"和Si+4，均可以很好的填充到晶格孔腔中。因此添加剂可选择含Li+， P+5 的原料，如锂瓷石，磷灰石，锂辉石，磷铝石等。由于锂瓷石本身还含有少量熔剂，可 以略微降低堇青石熔点，促进堇青石致密化，磷灰石有助于促进堇青石的低温合成，另 外从成本考虑，添加剂选择锂瓷石和磷灰石，以陶瓷级品质为佳，添加时，锂瓷石重量 为堇青石基料的10—15%，磷灰石为3—7%，阳离子总含量为堇青石基料的3—7%。本发明焊接衬垫的工艺步骤与现有工艺基本相同，将堇青石基料配料和添加剂共同 粉碎，细度250目筛余0.05 — 1%，放出泥浆并不断搅拌，压滤成泥饼并干燥，再把泥 饼打粉，陈腐，造粒，成型，然后入窑在1280。C以上的温度中烧结，即可得到炻瓷质的
堇青石固溶体焊接衬垫材料。基料和添加剂也可直接在市场上购买已粉碎好的成品，按比例配料，混合均化，经 陈腐，造粒，成型，然后入窑在1280。C以上的温度中烧结，即可得到炻瓷质的堇青石固溶体焊接衬垫材料。本发明中堇青石的配料高岭土可以是2—4种高岭土的混合，如苏州土、大同土、 焦宝石、木节土等，其选用属本领域公知技术，下面是几个具体实施例。堇青石基料重量配比高岭土37%，熟矾石粉28%，生滑石粉18%，镁质粘土17 %;添加重量为基料10%的锂瓷石和7%的磷灰石，投入球磨机共同粉碎，细度250目 筛余0.2 — 0.3%，放出泥浆并不断搅拌，压滤成泥饼并干燥，再把泥饼打粉，按照现有 焊接衬垫制造工艺陈腐，造粒，成型，然后入窑在128(TC以上的温度中烧结，即可得到 炻瓷质的堇青石固溶体焊接衬垫材料。经焊接性能测试，焊缝表面成型均匀，平滑向母 材过渡，无明显咬边、焊瘤、裂缝等缺陷，焊缝X射线探伤检査熔合良好，未发现缺陷。堇青石基料重量配比高岭土35%，熟矾石粉30%，生滑石粉15%，镁质粘土20 %;添加重量为基料15%的锂瓷石和3%的磷灰石，投入球磨机共同粉碎，细度250目 筛余0.2 — 1%,放出泥浆并不断搅拌，压滤成泥饼并干燥，再把泥饼打粉，按照现有焊 接衬垫制造工艺陈腐，造粒，成型，然后入窑在128(TC以上的温度中烧结，即可得到炻 瓷质的堇青石固溶体焊接衬垫材料。经焊接性能测试，焊缝表面成型均匀，平滑向母材 过渡，无明显咬边、焊瘤、裂缝等缺陷，焊缝X射线探伤检査熔合良好，未发现缺陷。堇青石基料重量配比高岭土40%，熟矾石粉25%，生滑石粉15%，镁质粘土20 %;添加重量为基料15%的锂瓷石，投入球磨机共同粉碎，细度250目筛余0.2 — 0.3%， 放出泥浆并不断搅拌，压滤成泥饼并干燥，再把泥饼打粉，按照现有焊接衬垫制造工艺 陈腐，造粒，成型，然后入窑在1280。C以上的温度中烧结，即可得到炻瓷质的堇青石固 溶体焊接衬垫材料。经焊接性能测试，焊缝表面成型均匀，平滑向母材过渡，无明显咬 边、焊瘤、裂缝等缺陷，焊缝X射线探伤检査熔合良好，未发现缺陷。堇青石基料重量配比高岭土40%，熟矾石粉30%，生滑石粉15%，镁质粘土15 %;添加重量为基料10—15%的磷铝石，投入球磨机共同粉碎，细度250目筛余0.05
一0.2%，放出泥浆并不断搅拌，压滤成泥饼并干燥，再把泥饼打粉，按照现有焊接衬垫 制造工艺陈腐，造粒，成型，然后入窑在1280。C以上的温度中烧结，即可得到炻瓷质的 堇青石固溶体焊接衬垫材料。经焊接性能测试，焊缝表面成型均匀，平滑向母材过渡， 无明显咬边、焊瘤、裂缝等缺陷，焊缝X射线探伤检查熔合良好，未发现缺陷。从市场上采购细度在250目筛余0.2_0.3%的基料及添加剂原料，按重量比高岭土 37%，熟矾石粉28%，生滑石粉18%，镁质粘土17%配置基料；加入重量为基料10% 的锂瓷石和7%的磷灰石，所有粉料配料，混合均化，再按照现有焊接衬垫制造工艺陈 腐，造粒，成型，然后入窑在128(TC以上的温度中烧结，即可得到炻瓷质的堇青石固溶 体焊接衬垫材料。经焊接性能测试，焊缝表面成型均匀，平滑向母材过渡，无明显咬边、 焊瘤、裂缝等缺陷，焊缝X射线探伤检査熔合良好，未发现缺陷。
权利要求
1、炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是以MgO-AL2O3-SiO2系堇青石为基料，含阳离子的原料为添加剂，所述阳离子的半径小于Mg离子半径，基料和添加剂粉碎、均匀混合后，在1280℃以上的高温下烧结形成间隙型堇青石固溶体，其中添加剂的阳离子含量为基料重量的3-7％。
2、 根据权利要求1所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是堇青石基 料成分的重量配比为高岭土 35—40%，熟矾石粉25 — 30%，生滑石粉15—20%，镁 质粘土 15_20%。
3、 根据权利要求2所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是堇青石基 料重量配比为高岭土37%，熟矾石粉28%，生滑石粉18%,镁质粘土17%。
4、 根据权利要求1或2或3所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是 添加剂使用锂瓷石或锂瓷石和磷灰石的混合物。
5、 根据权利要求4所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是选用陶瓷 级锂瓷石、磷灰石。
6、 根据权利要求4所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是添加的锂 瓷石重量为基料的10—15%，磷灰石重量为基料的0—7%。
7、 根据权利要求5所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是添加的锂 瓷石重量为基料的10_15%，磷灰石重量为基料的0—7%。
8、 根据权利要求6所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是添加的锂 瓷石重量为基料的10%，磷灰石重量为基料的7%。
9、 根据权利要求1或2或3所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是 基料和添加剂球磨粉碎细度为250目筛余0.05 — 1%。
10、 根据权利要求4所述的炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，其特征是基料和添 加剂球磨粉碎细度为250目筛余0.05_1%。
全文摘要
炻瓷质堇青石固溶体焊接衬垫材料，以MgO-AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>系堇青石为基料，含阳离子的原料为添加剂，高温烧结形成间隙型堇青石固溶体。本发明针对堇青石晶格孔腔大的特点，将阳离子半径较小的原料填充到堇青石孔腔中，减小了堇青石孔腔间隙，降低了吸水率，使原陶质堇青石成为炻瓷质，从而降低了吸潮率，低于0.04％，远低于陶质材料≤0.4％的吸潮率，由于配方和工艺未超出原陶质堇青石衬垫制造工艺范围，本发明炻瓷质堇青石仍有良好的耐热震性和脱渣效果，耐火度达1430℃，达到了陶质材料≥1300℃的标准，且有更高的机械强度，能够有效避免因衬垫材质吸潮而产生的焊接气泡和焊缝表面压抗等焊接问题。
文档编号C04B35/195GK101157547SQ20071013214
公开日2008年4月9日 申请日期2007年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者俞秋玉, 邓卿水 申请人:高淳县水秀焊接材料厂