超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法

专利名称：超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法
技术领域：
本发明属无机非金属材料(陶瓷)领域，涉及一种超低膨胀陶瓷材 料的制备工艺方法。
背景技术：
低膨胀材料已在陶瓷、冶金、搪瓷、特种玻璃、化工等方面得到广 泛的应用，而锂质低膨胀陶瓷由于其优良的耐高温、抗热震性能以及高 温化学稳定性而备受青睐，被广泛应用于陶瓷的坯、釉料、窑具、感应 加热部件(如微波炉垫片)、电磁炉面板、微波炉内衬、家庭用耐热餐 具以及热电偶保护管等。
目前，锂质低膨胀陶瓷材料的制备工艺主要是采用天然锂辉石
(Li20- A1203 - 4Si02)等含锂矿物、工业工业碳酸锂(Li2C03)和 粘土直接以全生料配方的制备工艺，这种工艺难以制备出超低膨胀陶瓷 材料，即热膨胀系数小于l.O X10 —6/"的陶瓷。
天然锂辉石矿物是以a-锂辉石的形式存在，由于a-锂辉石在高 温烧成过程中会转变为高温稳定的P -锂辉石结构，这个过程会发生约 30 %的体积膨胀，容易引起陶瓷在烧成过程中的变形和开裂，l大]此在 使用天然锂辉石前常常需要在1200 "C条件下煅烧将其转变成|3 -锂辉 石后再使用，这样就会大大增加工艺成本。而且，若要获得具有急冷急 热达到65(TC 2(TC—次不开裂的超低膨胀陶瓷材料，根据现有技术已 经公开的配方，即使锂辉石用量达到45 0%以上，也很难实现。另外就 是配方中使用p -锂辉石制备的坯体很容易析出碱金属锂元素，会对人 的健康产生影响。如专利文献200510023142.0公开的"一种高抗热震 陶瓷及其制造方法"，煅烧锂辉石粉35 55%，优质高岭土40 55%， 石英0 10%，其产品的急冷急热效果仅能达到450°C 20°C-"次不开 裂。又如专利文献200510035605.5公开的"中温耐热陶瓷及其制造方 法"，配料采用煅烧锂辉石、高岭土和工业碳酸锂，合成了透锂长石主
3晶相，其中煅烧锂辉石的用量为42 70% ，工业碳酸锂的用量为0 8% ，其成本明显高于本发明专利，而且其热膨胀系数较高，高达2. 0 3 . OxlO—6/°C 。另外由于工业碳酸锂微溶于水，且易水解，直接 使用会使得坯体很难控制。

发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种含锂矿物不用 预先缎烧、可抑制碱金属元素析出、制备成本低的超低膨胀陶瓷材料的 制备工艺方法。
本发明采用的一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法，其特征在于 第一步先按照重量配比组成为含锂矿物65 90%，工业碳酸锂5 20 %，氧化锌1 8%，碳酸钡0 6%， 二氧化钛2 6%，氧化镁2 4% 熔融成玻璃熔块作为A料，和按照重量配比组成为石英0 20%，以 高岭石为主晶相的粘土或高岭土 80 100 %，煅烧滑石或镁质粘土 0 20%的混合生料作为B料，第二步按重量配比组成为A料10 55 % ， B料45 55。/。，锻烧锂辉石或透锂长石0 45%，进行混合，经过球磨 粉碎、成型、烧成等工序，在1290 131(TC制备出热膨胀系数a (常温~ Merc)为0.6 L0 X10—6 / 。C的陶瓷材料，该陶瓷材料满足如下通式
0.492 l 0.9987R2O 、
> *R203參1.9723 3.9076RO2 。
0.0442 0.642RO J
以上字母R代表化学元素，1120代表碱金属氧化物(如Li20等)， RO代表碱土金属氧化物(如MgO、 BaO等)，R203代表中性氧化物(如 A1203、 B203等)，R02代表两性的、酸性氧化物"(如Si02、 Ti02等)。
上述含锂矿物是本技术领域制备低膨胀陶瓷材料常用的商品化产 品，如天然锂辉石、锂霞石、透锂长石等。
本发明通过预先将含锂矿物、工业碳酸锂、氧化锌、、二氧化钛、 氧化镁等混合熔融成玻璃熔块，形成了一种膨胀系数更低的Li20 — A1203 —Si02固溶体，该固溶体能够更充分地熔解高岭土和石英，形成了膨胀系数为零甚至为负数的Li20 —Al203 —Si02微晶，并且解决了
碱金属元素析出的问题，同时消除了工业碳酸锂水解使成型不易控制的
缺陷，使产品的热膨胀性更低，其热膨胀系数(常温 80(TC )只有0.6 1.0 X10—6/°C ，抗急冷急热效果可以达到650。C 2(TC—次不开裂， 而以同样的配方用全生料制备出的低膨胀材料的膨胀系数在2.2 3.1 X10—6/ °C,抗急冷急热效果仅能达到45(TC 2(TC—次不开裂。
具体实施方式
实施例一
A料重量比为天然锂辉石75%，工业碳酸锂20%，氧化锌1%， 二氧化钛2%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合好后，在140CTC 熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英15%，高岭土80%，煅 烧滑石5%，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料45。/c) ， B 料55%准确配料，按照料球水=1 : 2 : 0.8 ，料浆过250目 筛筛余小于0.1% ，料桨脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在 1310 。C的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨 胀系数，其热膨胀系数a (常温,o。c)为0.73X10_6/°C，测其热稳定性， 抗急冷急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例二
A料重量比为天然锂辉石75%，工业碳酸锂20%，氧化锌1%， 二氧化钛2%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合好后，在140CTC 熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英15%，高岭土80%，煅 烧滑石5%，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料50。/。 ， B 料50%准确配料，按照料球水=1 : 2 : 0 . 8 ，料浆过250目 筛筛余小于0.1% ，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在 1300 。C的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨 胀系数，其热膨胀系数a (常温,crc)为0.66X10—6/。C，测其热稳定性， 抗急冷急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例三A料重量比为天然锂辉石75%，工业碳酸锂20%，氧化锌1%， 二氧化钛2%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合'好后，在1400 。C 熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英15%，高岭土80%，煅 烧滑石5%，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料55。/q ， B 料45%准确配料，按照料球水=1 : 2 : 0.8 ，料浆过250目 筛筛余小于0.1% ，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在 1290 。C的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨 胀系数，其热膨胀系数a醒~8,)为0.60X10—6 / °C，测其热稳定性， 抗急冷急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例四
A料重量比为天然锂辉石80%，工业碳酸锂10%，.氧化锌4%， 碳酸钡2%， 二氧化钛2%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合 好后，在145(TC熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英10%， 高岭土85 %，煅烧滑石5 %，将这三种原料混合备用。然后按重量比 取A料45 % ， B料55 %准确配料，按照料球水=1 : 2:0.8， 料浆过250目筛筛余小于0.1%，料浆脱水成可塑泥料，经成型， 干燥，施釉后在1310 'C的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成 的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a (常i8。crc)为0.94X10—6 / °C，测其热稳定性，抗急冷急热65(TC 2(rC—次不裂。
实施例五
A料重量比为天然锂辉石84%,工业碳酸锂10%，氧化锌2%， 二氧化钛2%，氧化镁2 %，将以上几种原料按照配比混合好后，在 145(TC熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英10 %，高岭土 85 %， 煅烧滑石5%，将这三种原料混合备用。然后按重量比取A料500/。，
B料50。/。准确配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料浆过250目 筛筛余小于0.1% ，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在 1310 t:的烧成温度，保温30min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨 胀系数，其热膨胀系数a (常温 为0.82X10—6 / °C，测其热稳定性，抗急冷急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例六
A料重量比为天然锂辉石84%，工业碳酸锂10%，氧化锌2%， 二氧化钛2%,氧化镁2 %，将以上几种原料按照配比混合好后，在 145(TC熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英10%，以高岭石 为主晶相的粘土85 %，镁质粘土5 %，将这三种原料混合备用。然后 按重量比取A料55。/。 ，B料45。/。准确配料，按照料球水二 1:2: 0.8 ，料浆过250目筛筛余小于0.1% ，料浆脱水成可塑泥料，经 成型，干燥，施釉后在1310匸的烧成温度，保温15 45min条件下 烧结，.制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系数a ,为0.78 X10—6/r，测其热稳定性，抗急冷急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例七
A料重量比为天然锂辉石90%，工业碳酸锂5 %，氧化锌2%， 二氧化钛1%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500°。 左右熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英20%，高岭土80%， 将这两种原料混合备用。然后按重量比取A料45。/。 ， B料55。/。准确 配料，按照料球水=1: 2 : 0.8，料浆过250目筛筛余小于O.l % ， 料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310 "C的烧成温度， 保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数，其热膨胀系 数a (常fi 咖。为0.98X10—6 / °C，测其热稳定性，抗急冷急热650。C 20'C—次不裂。
实施例八
A料重量比为锂霞石90%，工业碳酸锂5。/。，氧化锌2%， 二氧 化钛1%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合好后，在150(TC 左右熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英20%，高岭土80%， 将这两种原料混合备用。然后按重量比取八料50% ， B料50n/。准确 配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料浆过250目筛筛余小于 0.1%，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在1310 "C的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨胀系数， 其热膨胀系数a (常温 離c)为0.88X10—6/°C，测其热稳定性，抗急冷 急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例九
A料重量比为透锂长石90%，工业碳酸锂5%，氧化锌2%， 二 氧化钛1%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500°C 熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英20%，高岭土80%，将 这两种原料混合备用。然后按重量比取A料10y。 ， B料45M，透锂 长石45%准确配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料浆过250目 筛筛余小于0.1% ，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后在 1310 r的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测其膨 胀系数，其热膨胀系数a (胃温 ,。c)为0.83X10—6/°C，测其热稳定性， 抗急冷急热65(TC 2(TC—次不裂。
实施例十
A料重量比为天然锂辉石85%，工业碳酸锂10%，氧化锌2%， 二氧化钛1%，氧化镁2%，将以上几种原料按照配比混合好后，在1500°C 熔融成熔块，粉碎备用；B料重量比为石英20%，高岭土80%，将 这两种原料混合备用。然后按重量比取A料10y。 ， B料45M，煅烧 锂辉石45%准确配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料浆过250 目筛筛余小于0.1% ，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，施釉后 在1310 。C的烧成温度，保温45min条件下烧结，制成的陶瓷制品测 其膨胀系数，其热膨胀系数a (繩 80(yc)为0.73X10—6 / °C，测其热稳 定性，抗急冷急热650。C 2(TC—次不裂。
权利要求
1、一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法，其特征在于第一步先按照重量配比组成为含锂矿物65～90％，工业碳酸锂5～20％，氧化锌1～8％，碳酸钡0～6％，二氧化钛2～6％，氧化镁2～4％熔融成玻璃熔块作为A料，和按照重量配比组成为石英0～20％，以高岭石为主晶相的粘土或高岭土80～100％，煅烧滑石或镁质粘土0～20％的混合生料作为B料，第二步按重量配比组成为A料10～55％，B料45～55％，锻烧锂辉石或透锂长石0～45％，进行混合，经过球磨粉碎、成型、烧成等工序，在1290～1310℃制备出热膨胀系数a(常温～800℃)为0.6～1.0×10-6/℃的陶瓷材料，该陶瓷材料满足如下通式
全文摘要
本发明提供一种超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法，其特点是预先以含锂矿物(如锂辉石、锂霞石等)、碳酸锂、氧化锌、碳酸钡、二氧化钛、滑石等混合在1450℃左右熔融成玻璃熔块作为A料，再与以高岭土、石英等为原料混合成的B料以及煅烧锂辉石，按照一定的比例混合，经过球磨、成型、烧成工序制备出热膨胀系数(常温～800℃)为0.6～1.0×10^-6/℃的超低膨胀陶瓷材料。该陶瓷材料可广泛应用于窑具、高温夹具、高温辐射挡板、电磁炉面板、微波炉内衬、家庭用耐热餐具以及热电偶保护管等。
文档编号C04B35/01GK101538164SQ20091011523
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者包启富, 周健儿, 黄武清 申请人:景德镇陶瓷学院