一种利用未净化湿法磷酸生产的磷酸铝陶瓷及其方法与应用与流程

【】本发明属于先进陶瓷制备领域，涉及一种利用未净化湿法磷酸生产的磷酸铝陶瓷及其方法与应用。

背景技术

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背景技术：

1、湿法磷酸经适当方法净化除杂后，产品纯度、杂质含量可与热法磷酸相媲美，但净化工序复杂、能耗高，生产成本接近热法磷酸。先进陶瓷又称高性能陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等，是指采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料，具有优异的力学、声、光、热、电、生物等特性的陶瓷。先进陶瓷在原料、工艺方面有别于传统陶瓷，特定的精细结构使其具有高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、绝缘、超导、生物相容等一系列优点，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等领域，是近年来我国重点支持发展的产业之一。而磷酸铝是先进陶瓷材料的原料之一，也是磷化工的高端下游产品，磷酸铝的净化程度越高，应用在陶瓷中可使陶瓷更高的热稳定性、优异的机械性能和耐候性以及热化学稳定性。目前国内用于陶瓷粘结剂的磷酸铝，通常选用热法磷酸或者湿法净化磷酸制造；未净化的湿法磷酸达不到先进陶瓷使用的要求。

2、如中国专利申请文献“一种碳化硅纤维增强磷酸铝陶瓷基复合材料及其制备方法(公开号：cn108455995a)”，公开了将除胶处理并烘干后的碳化硅纤维布放入到聚酰胺酸溶液中浸渍，固化得到含有抗氧化涂层的碳化硅纤维布；将磷酸铝浆料均匀涂刷在若干片含有抗氧化涂层的碳化硅纤维布的外表面，然后将涂刷磷酸铝浆料的碳化硅纤维布叠层后进行真空浸渍和模压，得到碳化硅纤维增强磷酸铝陶瓷基复合材料，提高复合材料的强度和韧性，在高温无氧环境下仍能保持较高力学性能。

3、中国专利申请文献“一种制备高闭气孔率石英-磷酸铝陶瓷的方法(公开号：cn108484222a)”，该方法是把磷酸二氢铝、硝酸铝混合溶液滴到多孔石英表面并会被吸入到多孔石英内，干燥后，磷酸二氢铝和硝酸铝在多孔陶瓷的表面形成薄层，在烧结过程中能在多孔陶瓷表面的外面形成一层连续完整的液膜，并把开气孔封闭起来，可以显著提高多孔陶瓷的闭气孔率。

4、现有技术中未发现有使用湿法磷酸制造磷酸铝陶瓷的工艺方法与取得良好效果的相关报导；我们发现将磷酸铝直接应用于陶瓷等材料会提高相应材料的耐高温、耐化学腐蚀、耐强冲击等性能，同时实践结果表明，直接将未净化的湿法磷酸铝应用于陶瓷体系会使耐压强度、抗折强度等性能表现不佳等情况，磷酸铝中的铁离子等起到催化作用，导致磷酸在加热后使得体系的粘度急剧增加而难以析出晶体，进而影响磷酸铝的纯度，游离的杂质离子含量越高，尤其是铁、砷、氟离子、硫酸根离子等，使得磷酸铝的颗粒越粗越不均匀，应用在先进陶瓷中会大幅降低性能、增加陶瓷的坏品率。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、针对上述现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种利用未净化湿法磷酸生产的磷酸铝陶瓷及其方法与应用，以获得高性能的磷酸铝陶瓷产品。

2、为了实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种利用未净化湿法磷酸生产磷酸铝陶瓷的方法，包括以下步骤：

4、(1)使用未净化湿法磷酸与氢氧化铝制备磷酸铝；

5、(2)使用化学反应法、物理吸附法或结晶法将磷酸铝进行处理；

6、(3)胚料配置：将60～80份重量的复合氧化物、20～40份重量的磷酸铝、1～5份重量的分散剂a配置胚料陶瓷浆料；

7、(4)釉料配置：将30～50份重量的氧化物、50～70份重量的磷酸铝、0.5～5份重量的分散剂b配置釉料陶瓷浆料；

8、(5)将胚料陶瓷浆料放入模压模具中，采用模压成型，制得陶瓷胚体；

9、(6)将步骤(5)中获得的陶瓷胚体在60℃～90℃环境中干燥1～6小时后，胚体均匀施上釉料，制得样品；

10、(7)将步骤(6)中获得的样品置于高温炉中高温煅烧，煅烧温度为300℃～1800℃，得到磷酸铝陶瓷。

11、进一步的，所述步骤(2)中的化学反应法为在磷酸铝溶液中加入与杂质离子反应生成固体沉淀的化学药剂，将磷酸铝中铁、砷、氟离子沉淀固化；所述的化学药剂包括硫化钡、硫氢化钠、硫酸铝、氢氧化钙中的一种或者两种以上。

12、进一步的，所述步骤(2)中的吸附法为根据不同温度下铁离子的饱和度差异将磷酸铝溶液中铁、硫酸根、氟用吸附剂吸附固定；所述的吸附剂包括海藻酸钠、活性炭、活性炭纤维、活性氧化铝、多孔二氧化硅、离子交换树脂中的一种或者两种以上。

13、进一步的，所述步骤(2)中的结晶法为将吸附过后的磷酸铝制备成饱和溶液，静置12～48小时后过滤，经固液分离之后，得到磷酸铝结晶物，在95℃干燥、粉碎。

14、进一步的，所述步骤(3)中的复合氧化物包括batio3、srtio3、catio3、mgtio3、bazro3、srzro3、basno3、casno3、mgal2o3、3al2o3·2sio2中的一种或两种以上。

15、进一步的，所述步骤(3)中的分散剂a与步骤(4)中的分散剂b包括三聚磷酸钠、焦磷酸钠、聚醚、聚丙烯烃、聚丙烯酸酯、多元胺、多元醇、水玻璃、六偏磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、羟甲基纤维素钠、、聚丙烯酰胺、乙基双硬脂酸、硬脂酸钠中的一种或者两种以上。

16、进一步的，所述步骤(4)中的氧化物包括氧化钠、氧化钾、氧化铝、氧化硅、氧化铍、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡、氧化锆、氧化锶中的一种或者两种以上。

17、优选的，所述步骤(2)中的结晶法静置时间为12～48h。在一个优选的实施例中，静置时间为24h。

18、优选的，在所述步骤(5)中，采用模压成型的压力为4～8mpa。在一个优选的实施例中，采用模压成型的压力为6mpa。

19、优选的，在所述步骤(6)中，陶瓷胚体的干燥温度为70℃～80℃。在一个优选的实施例中，陶瓷胚体的干燥温度为80℃。

20、优选的，在所述步骤(6)中，陶瓷胚体干燥3～5小时。在一个优选的实施例中，陶瓷胚体干燥4小时。

21、优选的，在所述步骤(7)中，将步骤(6)中获得的样品置于高温炉中高温煅烧，煅烧温度为800℃～1200℃。在一个优选的实施例中，将步骤(6)中获得的样品置于高温炉中高温固化，固化温度为900℃。

22、本发明具有以下有益效果：

23、(1)本发明生产磷酸铝陶瓷的原料相互配合，协同提高产品的抗折强度、击穿强度、耐化学腐蚀、耐高温等性能。

24、(2)本发明在工艺过程中对氟、硫酸根、铁、砷等杂质离子进行处理，不需要将杂质进行转化分离从而简化了工序、节约了能耗；并将磷酸铝制造成磷酸铝陶瓷，以提高磷酸铝陶瓷的的耐极端环境性能：抗折强度、击穿强度、耐化学腐蚀、耐高温、线膨胀系数低等性能，获得高性能的磷酸铝陶瓷产品。

25、(3)本发明的磷酸铝陶瓷产品与现有技术相比，具有更高的抗折强度以及击穿强度，耐高温能够达到1000℃以上，耐盐酸以及氢氧化钠的损失都较小，具备更好的耐极端性能，更低的线膨胀系数，可广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等领域。

26、(4)本发明提高材料的设计灵活性，使陶瓷具有更高的尺寸稳定性，并且可以有效降低成本。