一种以SiC作为增强相的MgO-SiO₂–Al₂O₃–B₂O₃–KF玻璃陶瓷复合材料及其制备方法

专利名称：一种以SiC作为增强相的MgO-SiO₂–Al₂O₃–B₂O₃–KF玻璃陶瓷复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以颗粒SiC为增强相的新型玻璃陶瓷，提高玻璃陶瓷强韧性的技术领域。
背景技术：
玻璃陶瓷，又称微晶玻璃，是指同时具有晶态和非晶态物质特征的一类新型材料。其获得方法通常为，通过热处理使基础玻璃中的晶核长大，从而形成均匀分布的微小晶体。传统金属材料难以满足航天、航空、能源、军事等高科技领域发展对材料越来越高的使用要求，而陶瓷材料提供了在无冷却或少冷却条件下在更高温度使用的可能性。但与传统金属材料相比，陶瓷材料存在的本质脆性以及由此而造成使用中的低可靠性，严重限 制了它的实际工程应用范围。目前的研究表明，具有高断裂功的纤维(包括晶须)与陶瓷基体的复合是一种既能增强，又能增韧，同时又能在较高温度保持其强韧化作用的有效方法之一。因而纤维或晶须增强复合材料是提高玻璃陶瓷力学性能的又一有效途径。可以将具有不同于玻璃陶瓷基体的纤维或晶须与之复合，也可以用金属等其它材料与之复合，还可以将玻璃陶瓷的纤维或小球体复合到其它基体中。发现用SiC晶须增强MgO-Al2O3-SiO2基的玻璃陶瓷，其抗折强度与断裂韧性分别为490MPa及3. 7MPa *m1/2,比未增强者提高2倍左右。但晶须增强和纤维增强复合材料成本较高。由于玻璃陶瓷兼有玻璃和陶瓷的优点，在热学、化学、生物学、光学以及电学性能方面往往优于金属及有机聚合物材料。目前，MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷由于具有良好的绝缘介电性能和可加工性能，被广泛应用于制造真空绝缘部件、高温导轨和腐蚀环境中的耐热部件等。目前MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷抗弯强度最高仅为80MPa，抗弯强度性能不高。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提高以颗粒SiC为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _KF的玻璃陶瓷复合材料的弯曲强度，提供一种通过在玻璃陶瓷原料中添加一定量的颗粒SiC从而提高其抗弯强度的方法。利用粉末法制备MgO-SiO2 -Al2O3 -B2O3 -KF玻璃陶瓷，使用SiC颗粒进行增强，成分稳定，工艺简单，材料均匀性好，抗弯强度性能稳定，适用于工业规模。本发明的技术方案是一种以SiC作为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _ KF玻璃陶瓷复合材料，它由 Si02、Al2O3' Mg。、B2O3' KF 和 SiC 制成，所述 Si02、Al2O3' Mg。、B2O3 和 KF的质量比为 20-50 12-35 10-30 :5_9 :9_18，SiC 的质量占 Si02、Al203、Mg0、B203 和 KF 的总质量的5-30%。所述的以SiC作为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _ KF玻璃陶瓷复合材料的制备方法，它的步骤如下(1)将Si02、Al203、Mg0、B203和KF粉末混合均匀后，在电阻炉中于1400-1600°C加热熔化并水淬，得到玻璃料；
(2)将玻璃料研磨，过300-400目筛，后加入SiC粉末并混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成型，然后在800-1200°C的条件下烧结，并在800-1200°C的条件下保温2-3小时析晶。本发明的有益效果是该复合材料的制备过程为先使MgO、SiO2, A1203、B2O3和KF混合粉料水淬，研磨后加入一定量颗粒SiC进一步混合均匀，成型后完成析晶，从而获得该玻璃陶瓷复合材料。该方法可获得抗弯强度可达200-400MPa的玻璃陶瓷复合材料。成本低，适用于工业规模。
具体实施例方式实施例I
将 Si02、Al2O3' MgO、B2O3 和 KF 粉末分别按比例 50. 0,15. 9,13. 8,6. 8,13. 5wt% 混合均匀，放入氧化铝瓷舟中。然后在硅钥棒电阻炉中于1500°C保温I. 5小时熔化，并立即水淬。水淬后的物料烘干后放入玛瑙研钵中进行研磨，然后过300目的网筛。后加入30%Wt的
2.IMm的SiC粉末并混合均勻。将该混合料压制成40X5X5 (mm)的条形还料,压制压力为1.5MPa。然后在1100°C烧结，保温I. 5小时。随炉冷却。上述MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料抗弯强度为280±20MPa。实施例2
将 Si02、Al2O3' MgO、B2O3 和 KF 粉末分别按比例 40. 0,15. 9,13. 8,10. 1,20. 2wt% 混合均匀，放入氧化铝瓷舟中。然后在硅钥棒电阻炉中于1500°C保温I. 5小时熔化，并立即水淬。水淬后的物料烘干后放入玛瑙研钵中进行研磨，然后过300目的网筛。后加入10%Wt的
2.OMm的SiC粉末并混合均匀。将该混合料压制成40X5X5 (mm)的条形坯料，压制压力为2MPa。然后在1100°C烧结，保温2. O小时。随炉冷却。上述MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _ KF玻璃陶瓷复合材料抗弯强度为290±20MPa。实施例3
一种以SiC作为增强相的MgO-SiO2-Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料，它由Si02、Al203、Mg0、B203、KF 和 SiC 制成，所述 Si02、Al203、Mg0、B203 和 KF 的质量比为 20 35 30 5 9，SiC的质量占SiO2, Al2O3^ MgO, B2O3和KF的总质量的5%。以SiC作为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _ KF玻璃陶瓷复合材料的制备方法，它的步骤如下
(1)将Si02、A1203、MgO、B2O3和KF粉末混合均匀后，在电阻炉中于1400°C加热熔化并水淬，得到玻璃料；
(2)将玻璃料研磨，过300目筛，后加入SiC粉末并混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成型，然后在800°C的条件下烧结，并在800°C的条件下保温2小时析晶。上述MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料抗弯强度为350±20MPa。实施例4
一种以SiC作为增强相的MgO-SiO2-Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料，它由Si02、Al203、Mg0、B203、KF 和 SiC 制成，所述 Si02、Al203、Mg0、B203 和 KF 的质量比为 50 12 10 9 9，SiC的质量占Si02、Al203、MgO、B2O3和KF的总质量的30%。以SiC作为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _ KF玻璃陶瓷复合材料的制备方法，它的步骤如下
(1)将Si02、A1203、MgO、B2O3和KF粉末混合均匀后，在电阻炉中于1600°C加热熔化并水淬，得到玻璃料；
(2)将玻璃料研磨，过400目筛，后加入SiC粉末并混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成型，然后在1200°C的条件下烧结，并在1200°C的条件下保温2 3小时析晶。上述MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料抗弯强度为300±20MPa。 实施例5
一种以SiC作为增强相的MgO-SiO2-Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料，它由Si02、Al203、Mg0、B203、KF 和 SiC 制成，所述 Si02、Al203、Mg0、B203 和 KF 的质量比为 30 20 20 8 15，SiC 的质量占 SiO2, Al2O3^ MgO, B2O3 和 KF 的总质量的 20%。以SiC作为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 _ B2O3 _ KF玻璃陶瓷复合材料的制备方法，它的步骤如下
(1)将Si02、A1203、MgO、B2O3和KF粉末混合均匀后，在电阻炉中于1500°C加热熔化并水淬，得到玻璃料；
(2)将玻璃料研磨，过350目筛，后加入SiC粉末并混合均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成型，然后在1000°C的条件下烧结，并在1000°C的条件下保温2.5小时析晶。上述MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料抗弯强度为380±20MPa。
权利要求
1.一种以SiC作为增强相的MgO-SiO2 - Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料，其特征在于它由 Si02、Al2O3'Mg。、B2O3'KF 和 SiC 制成，所述 SiO2, A1203>MgO, B2O3 和 KF 的质量比为20-50 :12-35 10-30 5~9 :9_18，SiC 的质量占 Si02、Al203、Mg0、B203 和 KF 的总质量的 5_30%。
2.根据权利要求I所述的以SiC作为增强相的MgO-SiO2- Al2O3 - B2O3 - KF玻璃陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于它的步骤如下 (1)将Si02、Al203、Mg0、B203和KF粉末混合均匀后，在电阻炉中于1400-1600°C加热熔化并水淬，得到玻璃料； (2)将玻璃料研磨，过300-400目筛，后加入SiC粉末并混合均匀，得到混合料； (3)将混合料压制成型，然后在800-1200°C的条件下烧结，并在800-1200°C的条件下保温2-3小时析晶。
全文摘要
本发明公开了一种以SiC作为增强相的MgO-SiO2–Al2O3–B2O3–KF玻璃陶瓷复合材料，它由SiO2、Al2O3、MgO、B2O3、KF和SiC制成，所述SiO2、Al2O3、MgO、B2O3和KF的质量比为20-5012-3510-305-99-18，SiC的质量占SiO2、Al2O3、MgO、B2O3和KF的总质量的5-30%。该复合材料的制备过程为先使MgO、SiO2、Al2O3、B2O3和KF混合粉料水淬，研磨后加入一定量颗粒SiC进一步混合均匀，成型后完成析晶，从而获得该玻璃陶瓷复合材料。该方法可获得抗弯强度可达200-400MPa的玻璃陶瓷复合材料。成本低，适用于工业规模。
文档编号C03B32/02GK102643024SQ201210102608
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者刘芳, 张小立, 张振国, 汤锋, 穆云超, 范积伟, 赵慧君 申请人:中原工学院