專利名稱：超低膨脹陶瓷材料的制備工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無機(jī)非金屬材料(陶瓷)領(lǐng)域，涉及一種超低膨脹陶瓷材 料的制備工藝方法。
背景技術(shù)：
低膨脹材料已在陶瓷、冶金、搪瓷、特種玻璃、化工等方面得到廣 泛的應(yīng)用，而鋰質(zhì)低膨脹陶瓷由于其優(yōu)良的耐高溫、抗熱震性能以及高 溫化學(xué)穩(wěn)定性而備受青睞，被廣泛應(yīng)用于陶瓷的坯、釉料、窯具、感應(yīng) 加熱部件(如微波爐墊片)、電磁爐面板、微波爐內(nèi)襯、家庭用耐熱餐 具以及熱電偶保護(hù)管等。
目前，鋰質(zhì)低膨脹陶瓷材料的制備工藝主要是采用天然鋰輝石
(Li20- A1203 - 4Si02)等含鋰礦物、工業(yè)工業(yè)碳酸鋰(Li2C03)和 粘土直接以全生料配方的制備工藝，這種工藝難以制備出超低膨脹陶瓷 材料，即熱膨脹系數(shù)小于l.O X10 —6/"的陶瓷。
天然鋰輝石礦物是以a-鋰輝石的形式存在，由于a-鋰輝石在高 溫?zé)蛇^程中會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷胤€(wěn)定的P -鋰輝石結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程會(huì)發(fā)生約 30 %的體積膨脹，容易引起陶瓷在燒成過程中的變形和開裂，l大]此在 使用天然鋰輝石前常常需要在1200 "C條件下煅燒將其轉(zhuǎn)變成|3 -鋰輝 石后再使用，這樣就會(huì)大大增加工藝成本。而且，若要獲得具有急冷急 熱達(dá)到65(TC 2(TC—次不開裂的超低膨脹陶瓷材料，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已 經(jīng)公開的配方，即使鋰輝石用量達(dá)到45 0%以上，也很難實(shí)現(xiàn)。另外就 是配方中使用p -鋰輝石制備的坯體很容易析出堿金屬鋰元素，會(huì)對(duì)人 的健康產(chǎn)生影響。如專利文獻(xiàn)200510023142.0公開的"一種高抗熱震 陶瓷及其制造方法"，煅燒鋰輝石粉35 55%，優(yōu)質(zhì)高嶺土40 55%， 石英0 10%，其產(chǎn)品的急冷急熱效果僅能達(dá)到450°C 20°C-"次不開 裂。又如專利文獻(xiàn)200510035605.5公開的"中溫耐熱陶瓷及其制造方 法"，配料采用煅燒鋰輝石、高嶺土和工業(yè)碳酸鋰，合成了透鋰長石主
3晶相，其中煅燒鋰輝石的用量為42 70% ，工業(yè)碳酸鋰的用量為0 8% ，其成本明顯高于本發(fā)明專利，而且其熱膨脹系數(shù)較高，高達(dá)2. 0 3 . OxlO—6/°C 。另外由于工業(yè)碳酸鋰微溶于水，且易水解，直接 使用會(huì)使得坯體很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含鋰礦物不用 預(yù)先緞燒、可抑制堿金屬元素析出、制備成本低的超低膨脹陶瓷材料的 制備工藝方法。
本發(fā)明采用的一種超低膨脹陶瓷材料的制備工藝方法，其特征在于 第一步先按照重量配比組成為含鋰礦物65 90%，工業(yè)碳酸鋰5 20 %，氧化鋅1 8%，碳酸鋇0 6%， 二氧化鈦2 6%，氧化鎂2 4% 熔融成玻璃熔塊作為A料，和按照重量配比組成為石英0 20%，以 高嶺石為主晶相的粘土或高嶺土 80 100 %，煅燒滑石或鎂質(zhì)粘土 0 20%的混合生料作為B料，第二步按重量配比組成為A料10 55 % ， B料45 55。/。，鍛燒鋰輝石或透鋰長石0 45%，進(jìn)行混合，經(jīng)過球磨 粉碎、成型、燒成等工序，在1290 131(TC制備出熱膨脹系數(shù)a (常溫~ Merc)為0.6 L0 X10—6 / 。C的陶瓷材料，該陶瓷材料滿足如下通式
0.492 l 0.9987R2O 、
> *R203參1.9723 3.9076RO2 。
0.0442 0.642RO J
以上字母R代表化學(xué)元素，1120代表堿金屬氧化物(如Li20等)， RO代表堿土金屬氧化物(如MgO、 BaO等)，R203代表中性氧化物(如 A1203、 B203等)，R02代表兩性的、酸性氧化物"(如Si02、 Ti02等)。
上述含鋰礦物是本技術(shù)領(lǐng)域制備低膨脹陶瓷材料常用的商品化產(chǎn) 品，如天然鋰輝石、鋰霞石、透鋰長石等。
本發(fā)明通過預(yù)先將含鋰礦物、工業(yè)碳酸鋰、氧化鋅、、二氧化鈦、 氧化鎂等混合熔融成玻璃熔塊，形成了一種膨脹系數(shù)更低的Li20 — A1203 —Si02固溶體，該固溶體能夠更充分地熔解高嶺土和石英，形成了膨脹系數(shù)為零甚至為負(fù)數(shù)的Li20 —Al203 —Si02微晶，并且解決了
堿金屬元素析出的問題，同時(shí)消除了工業(yè)碳酸鋰水解使成型不易控制的
缺陷，使產(chǎn)品的熱膨脹性更低，其熱膨脹系數(shù)(常溫 80(TC )只有0.6 1.0 X10—6/°C ，抗急冷急熱效果可以達(dá)到650。C 2(TC—次不開裂， 而以同樣的配方用全生料制備出的低膨脹材料的膨脹系數(shù)在2.2 3.1 X10—6/ °C,抗急冷急熱效果僅能達(dá)到45(TC 2(TC—次不開裂。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
A料重量比為天然鋰輝石75%，工業(yè)碳酸鋰20%，氧化鋅1%， 二氧化鈦2%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合好后，在140CTC 熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英15%，高嶺土80%，煅 燒滑石5%，將這三種原料混合備用。然后按重量比取A料45。/c) ， B 料55%準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2 : 0.8 ，料漿過250目 篩篩余小于0.1% ，料槳脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在 1310 。C的燒成溫度，保溫30min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨 脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a (常溫,o。c)為0.73X10_6/°C，測(cè)其熱穩(wěn)定性， 抗急冷急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例二
A料重量比為天然鋰輝石75%，工業(yè)碳酸鋰20%，氧化鋅1%， 二氧化鈦2%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合好后，在140CTC 熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英15%，高嶺土80%，煅 燒滑石5%，將這三種原料混合備用。然后按重量比取A料50。/。 ， B 料50%準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2 : 0 . 8 ，料漿過250目 篩篩余小于0.1% ，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在 1300 。C的燒成溫度，保溫30min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨 脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a (常溫,crc)為0.66X10—6/。C，測(cè)其熱穩(wěn)定性， 抗急冷急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例三A料重量比為天然鋰輝石75%，工業(yè)碳酸鋰20%，氧化鋅1%， 二氧化鈦2%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合'好后，在1400 。C 熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英15%，高嶺土80%，煅 燒滑石5%，將這三種原料混合備用。然后按重量比取A料55。/q ， B 料45%準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2 : 0.8 ，料漿過250目 篩篩余小于0.1% ，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在 1290 。C的燒成溫度，保溫30min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨 脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a醒~8,)為0.60X10—6 / °C，測(cè)其熱穩(wěn)定性， 抗急冷急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例四
A料重量比為天然鋰輝石80%，工業(yè)碳酸鋰10%，.氧化鋅4%， 碳酸鋇2%， 二氧化鈦2%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合 好后，在145(TC熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英10%， 高嶺土85 %，煅燒滑石5 %，將這三種原料混合備用。然后按重量比 取A料45 % ， B料55 %準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2:0.8， 料漿過250目篩篩余小于0.1%，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型， 干燥，施釉后在1310 'C的燒成溫度，保溫30min條件下燒結(jié)，制成 的陶瓷制品測(cè)其膨脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a (常i8。crc)為0.94X10—6 / °C，測(cè)其熱穩(wěn)定性，抗急冷急熱65(TC 2(rC—次不裂。
實(shí)施例五
A料重量比為天然鋰輝石84%,工業(yè)碳酸鋰10%，氧化鋅2%， 二氧化鈦2%，氧化鎂2 %，將以上幾種原料按照配比混合好后，在 145(TC熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英10 %，高嶺土 85 %， 煅燒滑石5%，將這三種原料混合備用。然后按重量比取A料500/。，
B料50。/。準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料漿過250目 篩篩余小于0.1% ，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在 1310 t:的燒成溫度，保溫30min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨 脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a (常溫 為0.82X10—6 / °C，測(cè)其熱穩(wěn)定性，抗急冷急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例六
A料重量比為天然鋰輝石84%，工業(yè)碳酸鋰10%，氧化鋅2%， 二氧化鈦2%,氧化鎂2 %，將以上幾種原料按照配比混合好后，在 145(TC熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英10%，以高嶺石 為主晶相的粘土85 %，鎂質(zhì)粘土5 %，將這三種原料混合備用。然后 按重量比取A料55。/。 ，B料45。/。準(zhǔn)確配料，按照料球水二 1:2: 0.8 ，料漿過250目篩篩余小于0.1% ，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng) 成型，干燥，施釉后在1310匸的燒成溫度，保溫15 45min條件下 燒結(jié)，.制成的陶瓷制品測(cè)其膨脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a ,為0.78 X10—6/r，測(cè)其熱穩(wěn)定性，抗急冷急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例七
A料重量比為天然鋰輝石90%，工業(yè)碳酸鋰5 %，氧化鋅2%， 二氧化鈦1%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合好后，在1500°。 左右熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英20%，高嶺土80%， 將這兩種原料混合備用。然后按重量比取A料45。/。 ， B料55。/。準(zhǔn)確 配料，按照料球水=1: 2 : 0.8，料漿過250目篩篩余小于O.l % ， 料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在1310 "C的燒成溫度， 保溫45min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨脹系數(shù)，其熱膨脹系 數(shù)a (常fi 咖。為0.98X10—6 / °C，測(cè)其熱穩(wěn)定性，抗急冷急熱650。C 20'C—次不裂。
實(shí)施例八
A料重量比為鋰霞石90%，工業(yè)碳酸鋰5。/。，氧化鋅2%， 二氧 化鈦1%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合好后，在150(TC 左右熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英20%，高嶺土80%， 將這兩種原料混合備用。然后按重量比取八料50% ， B料50n/。準(zhǔn)確 配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料漿過250目篩篩余小于 0.1%，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在1310 "C的燒成溫度，保溫45min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨脹系數(shù)， 其熱膨脹系數(shù)a (常溫 離c)為0.88X10—6/°C，測(cè)其熱穩(wěn)定性，抗急冷 急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例九
A料重量比為透鋰長石90%，工業(yè)碳酸鋰5%，氧化鋅2%， 二 氧化鈦1%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合好后，在1500°C 熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英20%，高嶺土80%，將 這兩種原料混合備用。然后按重量比取A料10y。 ， B料45M，透鋰 長石45%準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料漿過250目 篩篩余小于0.1% ，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后在 1310 r的燒成溫度，保溫45min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè)其膨 脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a (胃溫 ,。c)為0.83X10—6/°C，測(cè)其熱穩(wěn)定性， 抗急冷急熱65(TC 2(TC—次不裂。
實(shí)施例十
A料重量比為天然鋰輝石85%，工業(yè)碳酸鋰10%，氧化鋅2%， 二氧化鈦1%，氧化鎂2%，將以上幾種原料按照配比混合好后，在1500°C 熔融成熔塊，粉碎備用；B料重量比為石英20%，高嶺土80%，將 這兩種原料混合備用。然后按重量比取A料10y。 ， B料45M，煅燒 鋰輝石45%準(zhǔn)確配料，按照料球水=1 : 2:0.8，料漿過250 目篩篩余小于0.1% ，料漿脫水成可塑泥料，經(jīng)成型，干燥，施釉后 在1310 。C的燒成溫度，保溫45min條件下燒結(jié)，制成的陶瓷制品測(cè) 其膨脹系數(shù)，其熱膨脹系數(shù)a (繩 80(yc)為0.73X10—6 / °C，測(cè)其熱穩(wěn) 定性，抗急冷急熱650。C 2(TC—次不裂。
權(quán)利要求
1、一種超低膨脹陶瓷材料的制備工藝方法，其特征在于第一步先按照重量配比組成為含鋰礦物65～90％，工業(yè)碳酸鋰5～20％，氧化鋅1～8％，碳酸鋇0～6％，二氧化鈦2～6％，氧化鎂2～4％熔融成玻璃熔塊作為A料，和按照重量配比組成為石英0～20％，以高嶺石為主晶相的粘土或高嶺土80～100％，煅燒滑石或鎂質(zhì)粘土0～20％的混合生料作為B料，第二步按重量配比組成為A料10～55％，B料45～55％，鍛燒鋰輝石或透鋰長石0～45％，進(jìn)行混合，經(jīng)過球磨粉碎、成型、燒成等工序，在1290～1310℃制備出熱膨脹系數(shù)a(常溫～800℃)為0.6～1.0×10-6/℃的陶瓷材料，該陶瓷材料滿足如下通式
全文摘要
本發(fā)明提供一種超低膨脹陶瓷材料的制備工藝方法，其特點(diǎn)是預(yù)先以含鋰礦物(如鋰輝石、鋰霞石等)、碳酸鋰、氧化鋅、碳酸鋇、二氧化鈦、滑石等混合在1450℃左右熔融成玻璃熔塊作為A料，再與以高嶺土、石英等為原料混合成的B料以及煅燒鋰輝石，按照一定的比例混合，經(jīng)過球磨、成型、燒成工序制備出熱膨脹系數(shù)(常溫～800℃)為0.6～1.0×10^-6/℃的超低膨脹陶瓷材料。該陶瓷材料可廣泛應(yīng)用于窯具、高溫夾具、高溫輻射擋板、電磁爐面板、微波爐內(nèi)襯、家庭用耐熱餐具以及熱電偶保護(hù)管等。
文檔編號(hào)C04B35/01GK101538164SQ20091011523
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者包啟富, 周健兒, 黃武清 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院