技术领域：
本发明涉及复合陶瓷材料及其合成方法，特别是涉及镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料及其合成方法。
背景技术：
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镁橄榄石(mg2sio4)具有较高的熔点、荷重软化温度和硬度，以及抗高温熔体侵蚀能力强的优点，是mgo－sio2二元体系中最稳定的化合物。高致密度的镁橄榄石陶瓷可用于矿山、化工、火力发电、机械制造、冶金等行业中直接接触腐蚀、磨损和高温的场合使用，比如输送、储存腐蚀性料桨、矿物颗粒料以及高温熔体等。由于镁橄榄石特殊的晶体结构导致其具有较大的热膨胀系数各向异性，烧结温度区间窄，在烧结过程中陶瓷坯体容易产生开裂和变形，以及陶瓷致密度低和抗热震性能不足的问题，采用常规的烧结方法很难制备出高致密度的镁橄榄石陶瓷，限制了该陶瓷的应用范围。因此，目前国内外镁橄榄石通常只作为耐火砖或者浇注料使用。
技术实现要素：
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本发明的第一个目的在于提供一种烧结成型能力强，致密度和抗热震性能高的镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料。
本发明的第二个目的在于提供一种工艺简单、烧结温度低、成本低的镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的制备方法。
本发明的第一个目的由如下技术方案实施：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，其包括镁橄榄石相和碳化硅相。
所述的镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅10-40％、氧化镁25-45％、石英砂15-35％、高岭土2-8％、长石粉2-8％、聚乙烯醇3-5％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为所述碳化硅质量的2-5％。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨1-3小时后，浸入硅油(c6h18osi2)中搅拌30-60分钟，离心分离出的第一混合粉料在80-120℃烘干2-6小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨3-6小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌1-3小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在60-120mpa的压力下制成管、圆棒、块体、片状或弧形形状的坯体，然后将所述坯体在1200-1500℃的温度范围内烧结1-4小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅10-40％、氧化镁25-45％、石英砂15-35％、高岭土2-8％、长石粉2-8％、聚乙烯醇3-5％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为所述碳化硅质量的2-5％。
本发明的优点在于：(1)充分利用碳化硅热导率高、热膨胀系数低、硬度高以及抗热震性好的优点，通过控制镁橄榄石和碳化硅两相的比例，可制成一系列具有性能可调的镁橄榄石-碳化硅复合陶瓷，其烧结成型能力、致密度和抗热震性能远高于镁橄榄石陶瓷；它与碳化硅陶瓷相比又具有工艺简单、烧结温度低、致密度高和成本低的优势；(2)碳化硅粉体均匀分散于陶瓷粉料中，氧化镁、石英砂、高岭土和长石粉之间发生化学反应形成镁橄榄石晶体时，碳化硅颗粒可以阻碍橄榄石晶体的生长，又能通过颗粒的转动消除橄榄石晶体膨胀的各向异性效应，坯体中不容易产生较大内应力，从而降低坯体烧结开裂倾向；(3)经过干燥处理的硅油转变成致密的非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体。在烧结过程中，这种致密而稳定的非晶氧化硅膜层以及碳粉隔绝了碳化硅与空气的接触，减缓碳化硅被氧化的速度。而这种纯度很高的氧化硅膜层参与反应形成镁橄榄石的时间被推迟，而且有助于与碳化硅颗粒形成良好的界面结合，对于提高复合陶瓷的强度有重要作用；(4)在形成镁橄榄石相的同时，氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉会反应生成多元液相，它在促进橄榄石转变和坯体致密化的同时，还会充分润湿碳化硅颗粒的非晶氧化硅包覆层，进一步阻断碳化硅与气体的接触氧化，陶瓷的致密度和相组成容易保证；(5)在冷却过程的前期，坯体中液相的存在又缓减了烧结产物中镁橄榄石晶体的各向异性收缩，降低了坯体中的收缩应力以及开裂倾向。由于陶瓷成分设计和合成工艺控制方面的这些特点，使得合成的陶瓷具有很好的综合性能；(6)本发明复合陶瓷材料具有原料丰富，成本低廉，工艺简单的优点。该陶瓷主要由镁橄榄石和碳化硅相组成，两相的比例可通过增减碳化硅的含量进行调节。本发明复合陶瓷的显气孔率为5-10％，弯曲强度为100-160mpa，维氏硬度为750-950hv，热膨胀系数为(3.5-4.8)×10-6/℃。
具体实施方式：
实施例1：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅30％、氧化镁35％、石英砂22％、高岭土6％、长石粉4％、聚乙烯醇3％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的5％。镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，包括镁橄榄石相、碳化硅相、玻璃相、尖晶石以及顽火辉石相等。
实施例2：实施例1镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨1小时后，浸入硅油中搅拌30分钟，离心分离出的第一混合粉料在120℃烘干4小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨5小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌2小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在120mpa的压力下制成管状的坯体，然后将所述坯体在1500℃的温度范围内烧结1小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅30％、氧化镁35％、石英砂22％、高岭土6％、长石粉4％、聚乙烯醇3％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的5％。
成品复合陶瓷件的显气孔率为5％，弯曲强度160mpa，维氏硬度920hv，热膨胀系数3.8×10-6/℃。
实施例3：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅15％、氧化镁42％、石英砂30％、高岭土8％、长石粉2％、聚乙烯醇3％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的2.5％。镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，包括镁橄榄石相、碳化硅相、玻璃相、尖晶石以及顽火辉石相等。
实施例4：实施例3镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨2小时后，浸入硅油中搅拌40分钟，离心分离出的第一混合粉料在80℃烘干6小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨6小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌1小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在90mpa的压力下制成圆棒状的坯体，然后将所述坯体在1300℃的温度范围内烧结3小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅15％、氧化镁42％、石英砂30％、高岭土8％、长石粉2％、聚乙烯醇3％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的2.5％。
成品复合陶瓷件的显气孔率为8％，弯曲强度140mpa，维氏硬度800hv，热膨胀系数4.3×10-6/℃。
实施例5：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅25％、氧化镁36％、石英砂24％、高岭土2％、长石粉8％、聚乙烯醇5％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为所述碳化硅质量的2％。镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，包括镁橄榄石相、碳化硅相、玻璃相、尖晶石以及顽火辉石相等。
实施例6：实施例5镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨3小时后，浸入硅油中搅拌60分钟，离心分离出的第一混合粉料在120℃烘干3小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨3小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌2小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在80mpa的压力下制成块体形状的坯体，然后将所述坯体在1200℃的温度范围内烧结4小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。成品复合陶瓷件的显气孔率为10％，弯曲强度100mpa，维氏硬度900hv，热膨胀系数3.9×10-6/℃。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅25％、氧化镁36％、石英砂24％、高岭土2％、长石粉8％、聚乙烯醇5％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为所述碳化硅质量的2％。
实施例7：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅40％、氧化镁28％、石英砂15％、高岭土7％、长石粉6％、聚乙烯醇4％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为所述碳化硅质量的4％。镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，包括镁橄榄石相、碳化硅相、玻璃相、尖晶石以及顽火辉石相等。
实施例8：实施例7镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨2小时后，浸入硅油中搅拌60分钟，离心分离出的第一混合粉料在110℃烘干5小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨3小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌1小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在100mpa的压力下制成片状坯体，然后将坯体在1400℃的温度范围内烧结3.5小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。成品复合陶瓷件的显气孔率为6％，弯曲强度145mpa，维氏硬度950hv，热膨胀系数3.5×10-6/℃。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅40％、氧化镁28％、石英砂15％、高岭土7％、长石粉6％、聚乙烯醇4％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为所述碳化硅质量的4％。
实施例9：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅10％、氧化镁45％、石英砂35％、高岭土4％、长石粉3％、聚乙烯醇3％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的2％。镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，包括镁橄榄石相、碳化硅相、玻璃相、尖晶石以及顽火辉石相等。
实施例10：实施例9镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨1小时后，浸入硅油中搅拌30分钟，离心分离出的第一混合粉料在120℃烘干2小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨3小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌3小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在110mpa的压力下制成弧形形状的坯体，然后将坯体在1300℃的温度范围内烧结3小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。成品复合陶瓷件显气孔率为8％，弯曲强度126mpa，维氏硬度750hv，热膨胀系数4.8×10-6/℃。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅10％、氧化镁45％、石英砂35％、高岭土4％、长石粉3％、聚乙烯醇3％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的2％。
实施例11：镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，由如下质量百分比的原料制备：碳化硅20％、氧化镁40％、石英砂26％、高岭土5％、长石粉5％、聚乙烯醇4％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的3％。镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料，包括镁橄榄石相、碳化硅相、玻璃相、尖晶石以及顽火辉石相等。
实施例12：实施例11镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料的合成方法，其包括如下步骤：(1)制备第一混合粉体；(2)制备混合料浆；(3)制备造粒料；(4)制备成品复合陶瓷件，其中，
(1)制备第一混合粉体：将碳化硅和碳粉在球磨机中预磨2小时后，浸入硅油中搅拌40分钟，离心分离出的第一混合粉料在100℃烘干4小时后，使硅油转变成致密非晶态氧化硅膜层，紧紧附着于表面包覆碳粉的碳化硅粉体，再次研磨制成第一混合粉体待用；
(2)制备混合料浆：将氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉、聚乙烯醇按比例装入球磨机，然后加入与氧化镁、石英砂、高岭土、长石粉和聚乙烯醇干粉总质量相同的水，球磨4小时，得到混合料浆；
(3)制备造粒料：在所述混合料浆中加入所述第一混合粉体，搅拌2小时后，制得造粒料；
(4)制备成品复合陶瓷件：将所述造粒料在60mpa的压力下制成管状的坯体，然后将坯体在1350℃的温度范围内烧结2.5小时，随炉冷却后出炉，获得形状完整的成品复合陶瓷件。成品复合陶瓷件显气孔率为6％，弯曲强度150mpa，维氏硬度780hv，热膨胀系数4.0×10-6/℃。
制备镁橄榄石－碳化硅复合陶瓷材料所用原料的质量百分比为：碳化硅20％、氧化镁40％、石英砂26％、高岭土5％、长石粉5％、聚乙烯醇4％，以上原料的质量百分比之和为百分之百；碳粉含量为碳化硅质量的3％。