专利名称：一种石英陶瓷材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无机非金属材料，特别涉及一种石英陶瓷材料、及其应用。
背景技术：
熔融石英,或称熔融石英玻璃(分子式SiO2),是玻璃材料。石英陶瓷,或称熔融石英陶瓷，或称熔融石英玻璃陶瓷(分子式.SiO2),为陶瓷材料。两者均为性能优越的无机非金属材料，其中，石英陶瓷不但具有熔融石英玻璃的许多优良性质，如热膨胀系数小、热稳定性好、电绝缘性好、耐化学侵蚀性好，还具备熔融石英所缺乏的性质，如熔融石英玻璃由于其热导率高，很快完全熔融，从而失透(析晶)报废。而石英陶瓷由于导热性差，在使用过程中即使表面发生析晶，其内部析晶也很缓慢，整体强度仍然不低，晶化后仍可使用。因此，石英陶瓷产品具有广泛的市场前景。但由于陶瓷本身的成型工艺的限制，在成型结构复杂产品时很容易产生开裂、变形，制成率、合格率极低。无形中增加了生产成本造成了浪费。且毛坯经过烧制成型后，通常都须要进行机械加工，才能够达到使用的精度要求。结构复杂的制品在机械加工时受到非常大的局限，因此在某些特定领域使用时受到很大的限制。在精密铸造中，目前普遍采用型砂来制造壳型或型芯，因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30 50%。虽然石英玻璃具有良好的强度和热稳定性，但由于本身的结构限制，烧结出的产品透气性和强度上均由一定的欠缺，因为无法将石英玻璃产品完美的应用于铸造壳型或型芯上。经检索有关文献，目前还未检索到有关石英陶瓷制成颗粒材料及其应用的相关报道
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种石英陶瓷材料，具有高湿强度，高烧结强度，高抗热震性，高化学稳定性、高透气性以及低的热导率，同时流动性好，能够方便制作成形状复杂的产品，还提供一种该石英陶瓷材料的应用。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种石英陶瓷材料，其创新点在于:所述的石英陶瓷材料为石英陶瓷颗粒，该石英陶瓷颗粒的SiO2含量在99.00% (Wt)以上；所述石英陶瓷颗粒的粒径D50在l 500um。进一步的，所述石英陶瓷颗粒材料的结晶程度以方石英含量计算为0.01 -15.00% (质量)。进一步的，所述的石英陶瓷颗粒的显微结构为:玻璃相85.00% - 99.99% (质量)，结晶相0.01-15.00% (质量)，剩余为气孔。进一步的，所述石英陶瓷颗粒的显气孔率1% - 15% (体积)。 将石英陶瓷材料作为铸造用耐火型壳或型芯材料的应用。将石英陶瓷材料在耐火涂料中的应用。
将石英陶瓷材料喷涂在金属件结构件表面作为耐磨、耐蚀、耐高温氧化以及良好电绝缘性能涂层的应用。本发明的优点在于:本发明的石英陶瓷颗粒材料是采用石英陶瓷制成的颗粒材料，与之前铸造行业中所用的粘土砂、水玻璃砂、树脂自硬砂相比，其具有良好的圆度，良好的流动性，可塑型，制作为各种形状的产品，把石英陶瓷颗粒材料混合纯净水，塑型以后，在高温条件下使用时，石英陶瓷颗粒材料热膨胀率极低，直接得到最终尺寸产品，而不需要机械加工最终成型；同时，相较石英玻璃粉体，石英陶瓷颗粒具有石英玻璃所没有的优点，是陶瓷结构，包括玻璃相，结晶相，闭口气孔，开口气孔，热导率极低，而在1720° C直接熔融，没有软化过程，拥有良好的烧结强度和抗热震性等特性，而显气孔率1% - 15% (体积)，使其具有良好的透气性。石英陶瓷颗粒作为精密铸造工业使用的型壳和型芯，能够提高制造产品的精度，非常有利于复杂形状铸件的充型。同时，石英陶瓷颗粒能够与硅溶胶混合制作耐火涂料，颗粒粒度分布广泛，流动性高，利于涂料流淌、滴落，防止出现流挂、针孔等缺陷。本发明中的石英陶瓷粉体材料还能够广泛应用于半导体行业、光伏行业、玻璃行业、陶瓷行业和钢铁行业中。此外，本发明中的石英陶瓷粉料采用高纯石英陶瓷为基础原料，主要经过预破碎，破碎，预筛分，研磨，整型，筛分，包装等工序后制得。其中，在每一工艺环节均严格检测控制质量。该工艺中相比传统工艺增加了粉体整型工序，保证了石英陶瓷颗粒的圆度，这一工序极大改善粉体的颗粒形貌，确保其具有良好的流动性。
图1为石英陶瓷砂粒形图。图2为熔融石英砂粒形图。
具体实施例方式本发明中所述的石英 陶瓷材料为石英陶瓷颗粒，该石英陶瓷颗粒的SiO2含量在99.00wt%以上,其余为杂质；石英陶瓷颗粒的D50在l 500um。石英陶瓷颗粒的显微结构下为球形或近似球形。石英陶瓷颗粒材料的显微结构为陶瓷晶相，具体包括:玻璃相85.00% - 99.99%(质量)，结晶相0.01-15.00% (质量)，剩余为气孔。本发明中石英陶瓷颗粒材料制备的工艺路线是:选用石英陶瓷为原料，该石英陶瓷原料是熔融石英玻璃经由烧结瓷化获得，通过预破碎、破碎两个工序将石英陶瓷破碎成颗粒状，再通过预筛分、研磨、筛分工序制得一定目数大小的石英陶瓷颗粒；并在研磨、筛分工序之间增加整形工序。并在每一工艺环节均严格检测控制质量，确保制得SiO2含量在99.00% (质量)以上的石英陶瓷颗粒材料。如图1、2所示，本发明中SiO2含量在99.00% (质量)以上的石英陶瓷颗粒与熔融石英玻璃材料(简称熔融石英，石英玻璃，石英砂，石英粉)，锆英石，铝-硅系耐火材料等材料，在精密铸造工业的应用特性对比:
湿强度(抗弯强度)比较:
石英陶瓷粉体与熔融石英粉均为SiO2，与硅溶胶的主要成分为同一种材料，在与硅溶胶混合制作涂料后，同种材料的结合稳定性是所有耐火材料中最稳定的，好于铝硅系材料和锆英石材料。石英陶瓷粉制壳的湿强度(抗弯强度)和断裂韧度高于熔融石英粉，这是因为石英陶瓷颗粒的颗粒形貌为近似球形，且粉体粒度分布广泛，流动性高，利于涂料流淌、滴落，非常有利于复杂形状铸件的充型。而熔融石英砂粒形为多角形，容易产生拱桥效应，造成浮砂。烧结强度:
石英陶瓷型壳在浇铸高温后烧结，型壳高温强度比熔融石英提高0.4MPa，也比铝-硅系材料要高，从而减少浇注漏壳现象。石英陶瓷型壳的烧结温度在1000° C左右，在浇铸过程中，型壳完全瓷化，其断裂模量(MOR)达到40MPa，超过石英砂，与铝-硅系材料相比无差
巳同时，石英陶瓷颗粒制壳在1100°C以下其强度随着温度的升高而增加，从室温至1100° C其强度增加33%.这使得石英陶瓷型壳在1000° C高温时有最高的烧结强度以经受所浇铸金属的重量和冲击。由于莫来石的热膨胀系数为5.7X10_6/°C，同时莫来石为棒状晶体，热膨胀为各向异性，使浇注料在烧结过程中内部形成大量微裂纹。抗热震性、尺寸稳定性
下表为莫来石为代表铝-硅系耐火材料、锆英石、熔融石英粉和石英陶瓷颗粒线性热膨胀系数对比:
权利要求
1.一种石英陶瓷材料，其特征在于:所述的石英陶瓷材料为石英陶瓷颗粒或粉体，该石英陶瓷颗粒的SiO2含量在99.00% (Wt)以上；所述石英陶瓷颗粒的粒径D50在I 500um。
2.根据权利要求1所述的石英陶瓷颗粒材料，其特征在于:所述石英陶瓷颗粒材料的结晶程度以方石英含量计算为0.01 - 15.00% (质量)。
3.根据权利要求1或2所述的石英陶瓷材料，其特征在于:所述的石英陶瓷颗粒的显微结构为:玻璃相85.00% - 99.99% (质量)，结晶相0.01-15.00% (质量)，剩余为气孔。
4.根据权利要求3所述的石英陶瓷材料，其特征在于:所述石英陶瓷颗粒的显气孔率1% - 15% (体积)。
5.如权利要求1所述石英陶瓷粉体材料作为铸造用耐火型壳或型芯材料的应用。
6.如权利要求1所述石英陶瓷粉体材料在耐火涂料中的应用。
7.如权利要求1所 述石英陶瓷粉体材料喷涂在结构件表面作为涂层的应用。
全文摘要
本发明涉及一种石英陶瓷材料及其应用，所述的石英陶瓷材料为石英陶瓷颗粒，该石英陶瓷颗粒的SiO2含量在99.00%(wt)以上；所述石英陶瓷颗粒的粒径D50在1~500um；所述的石英陶瓷颗粒的显微结构为玻璃相85.00%-99.99%(质量)，结晶相0.01-15.00%(质量)，剩余为气孔。石英陶瓷颗粒的显气孔率1%-15%(体积)。粉体粒度分布广泛，流动性高，利于涂料流淌、滴落，非常有利于复杂形状铸件的充型。适用于精密铸造用耐火材料型壳或型芯材料，以及耐火涂层的制作。
文档编号C03C10/14GK103145339SQ201310089818
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者陈德慧 申请人:江苏中硅工程材料有限公司