专利名称：一种热膨胀系数可调的陶瓷材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以氧化锆或锆酸盐为基料的陶瓷组合物。
磷酸锆钠NaZr(PO4)3简称为NZP，其晶体结构为三角晶系，空间群为R3C，其结晶化学式为MⅠ(MⅡ)3Zr2(PO4)3，式中MⅠ、MⅡ代表晶体结构中的空隙位置，元素Zr和P可以用其它离子置换，由此而衍生出一系列等同结构的化合物，如KZr2(PO4)3、Ca0.5Zr2(PO4)3、KTi2(PO4)3等，统称为NZP族陶瓷，是一类新型的结构陶瓷材料，其特点是具有异常低的或者是负的热膨胀系数。
近年来，人们对二元组成的NZP族陶瓷进行了研究，如Ca1-xMgxZr2(PO4)3、Ca1-xSrxZr2(PO4)3等，其中0≤x≤1，当x值变化时，陶瓷的热膨胀系数随之变化，构成热膨胀系数连续可调的陶瓷材料。
这种陶瓷材料，特别适用于制造柴油机增压器隔热蜗壳、净化废气的催化剂载体蜂窝陶瓷、光学仪器基座及各类耐热陶瓷等。
上述一元及二元的NZP族陶瓷，采用湿化学法制造，要求使用纯度高的化工原料及化学试剂，如ZrOCl2·8H2O、NH4H2PO4、H3PO4、碳酸盐、硝酸盐等，在温度900℃下合成16小时，之后在温度为1250℃下进行瓷体烧结，保温2～5小时，线收缩率不小于20%。湿化学法制造过程中，用氨水沉淀出的Zr(OH)4，需用去离子水充分洗涤去除Cl-，为防止团聚而用无水乙醇进一步洗涤。现有技术存在的缺陷1.采用高纯度的化工原料及化学试剂，制造成本居高不下，不宜于工业化生产;
2.工艺上分为合成和烧结两步进行，能耗较大;
3.洗涤过程要大量排放污水，影响环境保护。如果取消洗涤工艺，则在合成时将放出大量的污染气体，同时由于Cl-难以排尽，会给烧结带来不利影响。
本发明的目的在于提供一种热膨胀系数可调的陶瓷材料，采用矿物原料制成以CaxZr2(PO4)3为主晶相的陶瓷材料，x＝0.6～1，在温度为20℃～900℃范围内，其热膨胀系数为7～-4×10-6/℃。应用本方案使NZP族陶瓷材料制造成本降低了70%，具有适合工业化生产的商业价值。
实现本发明目的，采用以下技术措施1.采用了廉价的磷灰石粉和锆英石粉作为原料，使NZP族陶瓷材料制造成本降低了70%，能满足实现工业化生产要求。
2.在制造工艺上，将原有的合成和烧结合为一步完成，避免环境污染，又可降低能耗。
以下详细叙述本发明的具体内容。
一种热膨胀系数可调的陶瓷材料，原料中含有Zr2O、H3PO4，其特征是它的组份配比为14～46wt%粒度不大于200目的磷灰石粉，16～50wt%粒度不大于2微米的锆英石粉，15～32wt%的ZrO2，20～38wt%的H3PO4以上述组份制成以CaxZr2(PO4)为主晶相的陶瓷材料，式中x＝0.6～1。该组份配比由下列化学组成范围经过换算获得6～25wt%CaO，36～44wt%的ZrO2，4～18wt%的SiO2，21～46wt%P2O5热膨胀系数可调的陶瓷材料采用如下工艺制成a.按组份配比的原料置于球磨机中球磨24小时，通过250目筛，筛后浆料在100℃下烘干;
b.烘干后的块料研磨成细粉，经造粒，在压力为60MPa下压制成型;
c.坯型放在硅碳棒电炉中烧结，炉温为1200℃～1300℃，保温4小时，自然冷却至室温。
本陶瓷材料，在室温至900℃范围内，制成品的平均热膨胀系数随组成的变化为
CaO wt% 25 14 10 7α×10-6·℃-17.17 -0.43 -3.75 -4.18同现有的技术比较，本发明具有以下突出的优点1.采用了廉价的矿物原料，制造成本降低了70%，具有工业化生产和商业价值，解决了由于现有技术制造成本过高而无法工业化生产的难题。
2.在工艺上将合成和烧结两步法工艺合为一步完成，可节省能耗30%以上。
3.不产生环境污染。
4.坯型浇结收缩率小于12%，产品不易变形。
实施例制造一种热膨胀系数为-0.43×10-6/℃的NZP族陶瓷材料，原料中200目的磷灰石粉占26wt%，不大于2微米的锆英石粉占30wt%，ZrO2占20wt%，H3PO4占24wt%，置于球磨机中球磨24小时，通过250筛，筛后的浆料在100℃下烘干，其料块研磨成细粉和造粒，在60MPa压力下压制成型，烧结温度为1260℃，保温4小时，自然冷却至室温，获得NZP族陶瓷。
测试结果体积密度为3.11g/cm3，吸水率为1.39%，显气孔率为4.32%，线收缩率为11.08%，温度在室温至900℃范围内，陶瓷的平均热膨胀系数下限为-0.43×10-6/℃，主晶相为CaxZr2(PO4)3，其中x＝0.6～1，次晶相为ZrSiO4及Ca3(PO4)2平均热膨胀系数随温度的变化温度℃ 100 200 300 400 500α×10-6·℃-1-3.12 -4.87 -2.95 -1.03 -0.71温度℃ 600 700 800 900α×10-6·℃-1-0.50 -0.42 -0.45 -4权利要求
1.一种热膨胀系数可调的陶瓷材料，原料中含有ZrO2，H3PO4，其特征在于它的组份配比为14～46wt%粒度不大于200目的磷灰石粉，16～50wt%粒度不大于2微米的锆英石粉，15～32wt%的ZrO2，20～38wt%的H3PO4。
全文摘要
一种热膨胀系数可调的陶瓷材料，其特征是其组份配比为14～46wt％的磷灰石粉；16～50wt％的锆英石粉，15～32wt％的ZrO
文档编号C04B35/48GK1107822SQ9411408
公开日1995年9月6日 申请日期1994年12月29日 优先权日1994年12月29日
发明者陈玉清, 方中华, 丁子上, 沈志坚 申请人:浙江大学