本發(fā)明涉及一種陶瓷材料，尤其是涉及抗熱震復(fù)相陶瓷材料及基于該材料的陶瓷漏嘴的制備。

背景技術(shù)：

高溫合金粉末是現(xiàn)代金屬增材制造復(fù)雜部件的重要原料，陶瓷漏嘴是霧化法制備高溫合金粉末裝置的關(guān)鍵部件之一。傳統(tǒng)的陶瓷漏嘴，在內(nèi)置1500℃熔融金屬，外側(cè)高速氣流噴吹的極端環(huán)境下，很容易產(chǎn)生裂紋或“炸裂”，或由于耐高溫、耐金屬熔體侵蝕差，造成霧化制成的高溫合金粉末成球性差，并可引起熔融金屬從裂縫快速流出的危險(xiǎn)。

中國專利cn106242565a公開了一種耐磨zro2-al2o3復(fù)相陶瓷顆粒及其制備方法和應(yīng)用，屬于陶瓷復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，耐磨zro2-al2o3復(fù)相陶瓷顆粒組成成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：10％～90％的穩(wěn)定zro2以及10％～90％的al2o3；采用電熔融、水冷制備得表面粗糙、粒徑為0.5～7mm的高耐磨性zro2-al2o3復(fù)相陶瓷顆粒，生產(chǎn)效率高，性能穩(wěn)定，并將耐磨zro2-al2o3復(fù)相陶瓷顆粒應(yīng)用于制備鋼鐵基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，能顯著增強(qiáng)復(fù)合材料耐磨性。但是該專利中zro2-al2o3復(fù)相陶瓷顆粒主要改善了材料耐磨性能，沒有涉及改善陶瓷材料的抗熱震性能；需要在1800℃以上電熔融、水冷制備，其制備過程能耗高；并且僅涉及0.5～7mm的zro2-al2o3耐磨陶瓷顆粒，沒有涉及以該材料為基體制備抗熱震塊體。

中國專利cn101209925b公開了一種提高氧化鋁/氧化鈦復(fù)相精細(xì)陶瓷材料彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性的方法，解決了現(xiàn)有al2o3/tio2復(fù)相陶瓷的彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性和硬度性能低的問題。該方法的步驟是：在球磨機(jī)中用去離子水做介質(zhì)將精細(xì)氧化鋁和氧化鈦納米粉體、改性劑、粘結(jié)劑聚乙烯醇混合成均勻漿料；然后噴霧干燥再造粒；隨后對所得粉體進(jìn)行熱處理；經(jīng)過熱處理的粉體進(jìn)行預(yù)壓成型；坯料進(jìn)行冷等靜壓成型后燒結(jié)。上述方法實(shí)現(xiàn)了精細(xì)陶瓷材料制備過程中陶瓷的低溫快速燒結(jié)，明顯降低了生產(chǎn)的成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品的彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性和硬度。該專利主要改善了現(xiàn)有al2o3/tio2復(fù)相陶瓷的彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性和硬度性能低的問題，并有低溫快速燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)沒有涉及改善陶瓷材料的抗熱震性能和高溫抗侵蝕性能，特別是在1000～1500℃燒結(jié)的材料，耐高溫性能不夠，不適用于高溫合金霧化制粉漏嘴；并且主要原料采用納米氧化鋁和納米氧化鈦粉體，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種抗熱震復(fù)相陶瓷材料及基于該材料的陶瓷漏嘴的制備。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種抗熱震復(fù)相陶瓷材料，由含下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成：al2o369.01％～76.00％、zro217.01％～24.13％、sio25.29％～5.97％、mgo0.05％～0.89％或y2o30.05％～1.33％、tio20.05％～0.19％、結(jié)合劑0.5％～1.5％。所述的結(jié)合劑為pva、甲基纖維素或糊精中的一種或幾種。所述的結(jié)合劑為pva、甲基纖維素或糊精中的一種或幾種。

原料中的al2o3一部分形成耐高溫的剛玉相基質(zhì)相，其余部分與原料中含有的sio2形成材料的莫來石相，低于所述的加入量，將會(huì)造成材料的耐高溫性和機(jī)械強(qiáng)度下降；al2o3加入量過多，復(fù)合材料中的剛玉相/莫來石比例過高，將會(huì)造成材料的抗熱震性下降。

原料中加入的17.01％～24.13％zro2與材料中的氧化鋁形成復(fù)合增韌基質(zhì)材料，起提高材料的機(jī)械性能和抗熱震性的作用，并可提高復(fù)合材料的高溫抗侵蝕性能。

原料中加入的少量的mgo或y2o3、tio2主要是起燒結(jié)助劑和氧化鋯穩(wěn)定劑的作用。

進(jìn)一步地，所述的抗熱震復(fù)相陶瓷材料含有α－氧化鋁相(剛玉相)、氧化鋯相和莫來石相。氧化鋯相和剛玉相在復(fù)相材料中為基質(zhì)相，具有耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)。氧化鋯相均勻分布在剛玉基質(zhì)相中，在燒結(jié)過程中，隨溫度冷卻，四方相氧化鋯部分或全部轉(zhuǎn)變成單斜氧化鋯，并伴隨一定的體積膨脹，在al2o3和zro2晶界處產(chǎn)生壓應(yīng)力，起到復(fù)合增韌的作用。莫來石是al2o3和sio2在高溫下生成的礦物，晶體為細(xì)針狀。膨脹系數(shù)(25～1000℃)5.3×10^－6/℃，具有良好的抗熱震性，在本發(fā)明的材料中，針狀莫來石穿插分布在基質(zhì)相之間，進(jìn)一步提高了本發(fā)明的復(fù)相陶瓷漏嘴的抗熱震性能。

所述的抗熱震復(fù)相陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將含下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料：al2o369.01％～76.00％、zro217.01％～24.13％、sio25.29％～5.97％、mgo0.05％～0.89％或y2o30.05％～1.33％、tio20.05％～0.19％、結(jié)合劑0.5％～1.5％加水混合，加水量占原料與水總重量的4-6％；

2)將上述混合成分經(jīng)90～220mpa等靜壓成型，在1630～1680℃溫度范圍高溫?zé)Y(jié)，隨爐自然降溫，制得抗熱震復(fù)相陶瓷材料。

本發(fā)明還提供基于所述抗熱震復(fù)相陶瓷材料的陶瓷漏嘴。

所述的陶瓷漏嘴的制備方法，包括以下步驟：

1)將含下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料：al2o369.01％～76.00％、zro217.01％～24.13％、sio25.29％～5.97％、mgo0.05％～0.89％或y2o30.05％～1.33％、tio20.05％～0.19％、結(jié)合劑0.5％～1.5％加水混合，加水量占原料與水總重量的4-6％；

2)將上述混合成分經(jīng)90～220mpa等靜壓成型為漏嘴，在1630～1680℃溫度范圍高溫?zé)Y(jié)，制得抗熱震復(fù)相陶瓷漏嘴。

所述的陶瓷漏嘴主要用于高溫合金霧化制粉。

本發(fā)明通過對原料與原料配比進(jìn)行優(yōu)化選擇，并在原料選擇的基礎(chǔ)上，優(yōu)化高溫?zé)Y(jié)的工藝，使得材料含有α－氧化鋁相、氧化鋯相和莫來石相。本發(fā)明中高溫?zé)Y(jié)的溫度與時(shí)間對于材料的性能有重要影響，如果在其他溫度燒結(jié)會(huì)產(chǎn)生不良的燒成結(jié)果，溫度過低或保溫時(shí)間過短，會(huì)產(chǎn)生欠燒，材料的機(jī)械性能降低；溫度過高或保溫時(shí)間過長，會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)變形。

所述的抗熱震復(fù)相陶瓷材料含有α－氧化鋁相、氧化鋯相和莫來石相，具有耐高溫、耐熔融金屬侵蝕，以及抗熱震性能優(yōu)越等特點(diǎn)，尤其適用于制成抗熱震復(fù)相陶瓷漏嘴，因此，本發(fā)明提供了一種基于抗熱震復(fù)相陶瓷材料的陶瓷漏嘴，克服了傳統(tǒng)陶瓷漏嘴的缺點(diǎn)，所述的抗熱震復(fù)相陶瓷漏嘴用于高溫合金霧化制粉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：提供的抗熱震復(fù)相陶瓷材料，由于含有相當(dāng)數(shù)量的較低熱膨脹系數(shù)莫來石相和抗侵蝕性能好、強(qiáng)度高的氧化鋯，具有耐高溫、耐熔融金屬侵蝕，以及抗熱震性能優(yōu)越等特點(diǎn)；克服了傳統(tǒng)的陶瓷漏嘴缺點(diǎn)，適用用于高溫合金霧化制粉。

附圖說明

圖1：抗熱震復(fù)相陶瓷漏嘴x－ray圖譜及分析結(jié)果；

圖2：采用本發(fā)明陶瓷漏嘴制成的高溫合金粉末sem照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

按比例稱取含氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦原料：原料的化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，al2o369.02％、zro223.63％、sio25.80％、y2o31.33％、tio20.19％、pva結(jié)合劑0.5％；加入5％的水，將原料混合，過篩、造粒，然后再加入到模具中，再經(jīng)220mpa等靜壓成型，在1630℃的溫度下保溫3h燒成，即制得抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴毛坯，再經(jīng)機(jī)加工，使其外形尺寸達(dá)到霧化法制備高溫合金粉末裝置裝配要求。所得復(fù)合陶瓷材料礦相分析結(jié)果見圖1，應(yīng)用結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

實(shí)施例2

按比例稱取含氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦原料。原料的化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，al2o376％、zro217.36％、sio25.97％、mgo0.62％、tio20.05％、糊精結(jié)合劑1.5％；加入5％的水，將原料混合，過篩、造粒，然后再加入到模具中，再經(jīng)90mpa等靜壓成型，在1670℃的溫度下保溫2.5h燒成，即制得抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴毛坯，再經(jīng)機(jī)加工，使其外形尺寸達(dá)到霧化法制備高溫合金粉末裝置裝配要求。應(yīng)用結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

實(shí)施例3

按比例稱取含氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦原料：原料的化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al2o374.02％、zro219.30％、sio25.84％、mgo0.71％、tio20.08％、甲基纖維素結(jié)合劑0.8％；加入5％的水，將原料混合，過篩、造粒，然后再加入到模具中，再經(jīng)160mpa等靜壓成型，在1670℃的溫度下保溫2.5h燒成，即制得抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴毛坯，再經(jīng)機(jī)加工，使其外形尺寸達(dá)到霧化法制備高溫合金粉末裝置裝配要求。應(yīng)用結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

實(shí)施例4

按比例稱取氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦原料：原料的化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，al2o374.55％、zro218.95％、sio25.29％、y2o301.07％、mgo0.05％、tio20.08％、pva結(jié)合劑0.6％；加入5％的水，將原料混合，過篩、造粒，然后再加入到模具中，再經(jīng)100mpa等靜壓成型，在1660℃的溫度下保溫3h燒成，即制得抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴毛坯，再經(jīng)機(jī)加工，使其外形尺寸達(dá)到霧化法制備高溫合金粉末裝置裝配要求。應(yīng)用結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

實(shí)施例5

按比例稱取氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯和氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦原料：原料的化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，al2o374.63％、zro218.91％、sio25.50％、y2o30.53％、mgo0.35％、tio20.08％、pva結(jié)合劑0.6％；加入5％的水，將原料混合，過篩、造粒，然后再加入到模具中，再經(jīng)100mpa等靜壓成型，在1660℃的溫度下保溫3h燒成，即制得抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴毛坯，再經(jīng)機(jī)加工，使其外形尺寸達(dá)到霧化法制備高溫合金粉末裝置裝配要求。應(yīng)用結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

實(shí)施例6

按比例稱取氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦原料：原料的化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，al2o369.02％、zro224.13％、sio25.80％、mgo0.89％、tio20.12％、pva結(jié)合劑0.5％，加入5％的水，將原料混合，過篩、造粒，然后再加入到模具中，再經(jīng)100mpa等靜壓成型，在1660℃的溫度下保溫3h燒成，即制得抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴毛坯，再經(jīng)機(jī)加工，使其外形尺寸達(dá)到霧化法制備高溫合金粉末裝置裝配要求。應(yīng)用結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴材料分析與應(yīng)用結(jié)果

取實(shí)施例1-6制備的抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴，在霧化法制備高溫合金粉末裝置裝上，在上端和內(nèi)側(cè)與1500℃高溫熔融合金接觸，下端面及下端外側(cè)10～70℃高速風(fēng)冷條件下，進(jìn)行應(yīng)用和考核。結(jié)果顯示，實(shí)施例1-6復(fù)合陶瓷漏嘴與高溫熔融合金接觸面沒有出現(xiàn)熔融金屬侵蝕，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也不出現(xiàn)任何開裂、掉渣現(xiàn)象。實(shí)施例1制備的抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴霧化制備的高溫合金粉末球形度＞0.9(見圖2)，實(shí)施例2-6制備的抗熱震復(fù)合陶瓷漏嘴霧化制備的高溫合金粉末球形度也都＞0.9。

以上實(shí)施例表明本發(fā)明的復(fù)合陶瓷漏嘴性能穩(wěn)定，抗熱震性好，耐火度高，霧化制備的高溫合金粉末球形度好，純度高，適用于3d打印。具有耐高溫、耐熔融金屬侵蝕，以及抗熱震性能優(yōu)越等特點(diǎn)；克服了傳統(tǒng)的陶瓷漏嘴的缺點(diǎn)，適合用于高溫合金霧化制粉，有廣闊的應(yīng)用前景。

上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。