一种新型特种陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种新型特种陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前陶瓷材料发展迅速，并且在各个领域应用广泛，如金属材料，绝缘体，管道等 等，但是现有的陶瓷存在以下问题:如脆性太大，强度小，耐热能力小等等，并且加工方法成 本大，产品效益低，因此需要研究耐磨性好，硬度高，韧性好，耐震动，耐热，耐腐蚀等性能优 异的陶瓷材料。
【发明内容】
[0003] 本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种新型特种陶瓷材料，该陶 瓷不仅强度高，抗腐蚀能力和抗氧化能力极强，韧性好，耐高温，并且其表面的耐摩擦能力 大大提高，表面不易结垢，方便清理，增加其使用寿命，同时，通过优化现有陶瓷制备工艺， 选择适宜的工艺参数，使新型特种陶瓷材料的各项性能更稳定。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：一种新型特种陶瓷材料，所述新型特种陶瓷材料由 下列重量份的原料制成:红色粘土40-50份，钠长石1-3份，纳米级三氧化二铝5-7份，氧化镍 1-3份，氧化锌1-3份，五氧化二铌5-7份，氮化硼5-7份，硅灰石5-7份，锆酸钠3-4份，助剂5-7 份。
[0005] 进一步，所述特种助剂由下列重量份的原料制成:纳米氮化硅0.8-1.2份、纳米硼 纤维0.6-0.9份、硅烷偶联剂kh-550 0.6-0.8份、聚乙二醇0.3-0.4、去离子水20-25份，高岭 石12-17份，二氧化钛5-7份。
[0006] 进一步，所述助剂的制备方法为:将高岭石粉碎，过40目筛，得到高岭石粉末，将聚 乙二醇加入去离子水中，搅拌均匀，将过筛后的高岭石粉末加入其中，搅拌20min，加入硅烷 偶联剂kh-550，搅拌20min，得到液体A，将二氧化钛粉碎，过40目筛，然后和纳米碳化硅、纳 米硼纤维一起加入到液体A中，搅拌20min，过滤干燥，粉碎后过120目筛，在氦气氛围下，加 热至820-830°C下煅烧3h后，空冷至室温，然后粉碎，过50目筛，得到助剂。
[0007] 进一步，所述新型特种陶瓷材料由下列重量份的原料制成:红色粘土 45份，钠长石 2份，纳米级三氧化二铝6份，氧化镍2份，氧化锌2份，五氧化二铌6份，氮化硼6份，娃灰石6 份，锆酸钠3.2份，助剂6.5份； 所述助剂的组分按重量份数计为：纳米氮化硅〇 . 9份、纳米硼纤维0.7份、硅烷偶联剂 kh-550 0.65份、聚乙二醇0.36份、去离子水23份，高岭石14份，二氧化钛6份； 进一步，本发明还包括一种制备上述新型特种陶瓷材料的方法，包括以下步骤： 步骤1、将红色粘土、钠长石、硅灰石、纳米级三氧化二铝和五氧化二铌混合，然后放入 球磨机中磨粉，过230目筛，再将助剂和氮化硼送入球磨机中球磨18-20h，再加入氢氧化钾， 继续球磨2-3 h，水洗至PH值为7-8，过滤得到粉末； 步骤2、将过滤得到的粉末以氦气作为保护气体，在880-900°C下煅烧4-6h，然后空冷至 室温，送入球磨机磨粉，过120目筛，得粉末颗粒A ; 步骤3、将锆酸钠、氧化镍、氧化锌和粉末颗粒A混合并搅拌，加热至980-990°C，并煅烧 1-3 h，球磨粉碎，过80目筛，得到粉末颗粒B ; 步骤4、将粉末颗粒B与去离子水按4:3的比例混合，再放入球磨机中球磨16-18h，然后 造型，在氦气的氛围中，800-900°C温度下煅烧2h，再将温度提高至1200-1350°C，煅烧4-5h， 保温l _2h，最后空冷至室温。
[0008] 对其组份的构成和作用说明如下：红色粘土具有很好的韧性，常温遇水可塑，微干 可雕，半干可压、全干可磨，红色粘土烧至900°C可成陶器能装水，烧至1230°C则瓷化，可完 全不吸水且耐高温耐腐蚀，加入到陶瓷中，还能增加陶瓷的强度，提高耐摩擦的性能，并且 增加其使用寿命;钠长石在陶瓷中作为一种溶剂原料，主要起瓷化作用，即利用钠的高温易 熔性，降低坯件烧成温度，前同事起到稳定坯件的作用;纳米三氧化二铝能提高陶瓷的各项 性能，能使陶瓷的晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平，使陶瓷的细化晶界数量 大幅度增加，进一步使陶瓷的强度、韧性和超塑性大为提高，能降低陶瓷烧结温度;氧化锌 作为一种重要的陶瓷化工熔剂原料，具有较强的助熔作用，能够降低陶瓷的膨胀系数，提高 其热稳定性，可以使陶瓷的机械和电性能得到改善;五氧化二铌在陶瓷中作为一种改性添 加剂;氮化硼能提高陶瓷的耐热冲击性，在急冷急热情况下，降低陶瓷破裂的可能性，提高 陶瓷的热稳定性，由于氮化硼具有类似于石墨的层状晶体结构，也就具有了石墨相似的物 理化学性能，使陶瓷在电绝缘、热膨胀系数以及和大多数金属不浸润等方面具备良好的性 能;氧化镍能够提高陶瓷的耐腐蚀性能。
[0009] 在本发明中，硅灰石的作用主要体现在以下几个方面:一是降低烧成温度，缩短烧 成周期，传统的硅酸盐陶瓷主要使用石英、长石、高岭石、滑石、叶蜡石等Si - A1体系原料， 高温烧成生成的结晶物相主要是莫来石，加入硅灰石，则可构成Si - A1 - Ca低共熔体系，生 成物相主要是钙长石，在较低温度下就可实现烧结，这其中，硅灰石主要发挥助熔和降低烧 成温度的作用。同时，由于硅灰石晶形为针柱状，可为坯体中的水分快速逸散提供通道，从 而加快干燥速率，缩短干燥周期，提高生产效率;二是减少烧成收缩和制品缺陷，由于硅灰 石本身不含水和碳酸根等任何挥发份，烧成过程中不产生气体，大大降低了陶瓷烧成体产 生气孔缺陷的可能性，可明显提高陶瓷的质量;三是降低坯体的吸湿膨胀和烧成过程中的 热膨胀，硅灰石本身不吸水，可避免陶瓷坯体的吸湿膨胀，同时，硅灰石的热膨胀系数小且 呈线性膨胀，可降低烧成过程中坯体的热膨胀，避免产生膨胀裂纹；四是可以提高制品的机 械强度，硅灰石针状晶体杂乱无章的排列形成交织结构，被部分熔融产生的熔体所固结，可 以增强烧结体的结构稳定性和机械强度。
[0010] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:本发明的新型特种陶 瓷材料不仅强度高，抗腐蚀能力和抗氧化能力极强，韧性好，耐高温，并且其表面的耐摩擦 能力大大提高，表面不易结垢，同时，通过优化现有陶瓷制备工艺，选择适宜的工艺参数，使 新型特种陶瓷材料的各项性能更稳定。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例，对本发明作详细的说明。
[0012]为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进 行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0013] 实施例一 一种新型特种陶瓷材料，所述新型特种陶瓷材料由下列重量份的原料制成:红色粘土 45份，钠长石2份，纳米级三氧化二铝6份，氧化镍2份，氧化锌2份，五氧化二铌6份，氮化硼6 份，硅灰石6份，锆酸钠3.2份，助剂6.5份;所述助剂的组分按重量份数计为:纳米氮化硅0.9 份、纳米硼纤维0.7份、硅烷偶联剂kh-550 0.65份、聚乙二醇0.36份、去离子水23份，高岭石 14份，二氧化钛6份。
[0014] 在本实施例中，所述助剂的制备方法为:将高岭石粉碎，过40目筛，得到高岭石粉 末，将聚乙二醇加入去离子水中，搅拌均匀，将过筛后的高岭石粉末加入其中，搅拌20min， 加入硅烷偶联剂kh-550，搅拌20min，得到液体A，将二氧化钛粉碎，过40目筛，然后和纳米碳 化硅、纳米硼纤维一起加入到液体A中，搅拌20min，过滤干燥，粉碎后过120目筛，在氦气氛 围下，加热至823°C下煅烧3h后，空冷至室温，然后粉碎，过50目筛，得到助剂，其制备方法包 括以下步骤： 步骤1、将红色粘土、钠长石、硅灰石、纳米级三氧化二铝和五氧化二铌混合，然后放入 球磨机中磨粉，过230目筛，再将助剂和氮化硼送入球磨机中球磨18.5h，再加入氢氧化钾， 继续球磨2.5 h，水洗至PH值为7.6，过滤得到粉末； 步骤2、将过滤得到的粉末以氦气作为保护气体，在890°C下煅烧5h，然后空冷至室温， 送入球磨机磨粉，过120目筛，得粉末颗粒A ; 步骤3、将锆酸钠、氧化镍、氧化锌和粉末颗粒A混合并搅拌，加热至980-990°C，并煅烧2 h，球磨粉碎，过80目筛，得到粉末颗粒B ; 步骤4、将粉末颗粒B与去离子水按4:3的比例混合，再放入球磨机中球磨16-18h，然后 造型，在氦气的氛围中，800-900°C温度下煅烧2h，再将温度提高至1280°C，煅烧4.5h，保温 1.5h，最后空冷至室温。
[0015] 实施例二 一种新型特种陶瓷材料，所述新型特种陶瓷材料由下列重量份的原料制成:红色粘土 40份，钠长石1份，纳米级三氧化二铝5份，氧化镍1份，氧化锌1份，五氧化二铌5份，氮化硼5 份，硅灰石5份，锆酸钠3份，助剂5份，所述特种助剂由下列重量份的原料制成：纳米氮化硅 〇. 8份、纳米硼纤维0.6份、硅烷偶联剂kh-550 0.6份、聚乙二醇0.3份、去离子水20份，高岭 石12份，二氧化钛5份。
[0016] 在本实施例中，所述助剂的制备方法为:将高岭石粉碎，过40目筛，得到高岭石粉 末，将聚乙二醇加入去离子水