一種氧化鋁陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)材料制備技術(shù)，具體涉及一種氧化鋁陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鋁陶瓷是人類最早使用的陶瓷材料之一，在人類發(fā)展史上起著重要的作用。 這是因為氧化鋁陶瓷材料有著許多其它材料無法比擬的優(yōu)異性能，如耐磨損、耐腐蝕、耐高 溫高壓、硬度大等。氧化鋁陶瓷尤其是工程陶瓷不僅是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要材料，同時長期 以來也是高附加值產(chǎn)品。然而由于氧化鋁熔點高達(dá)2050Γ，現(xiàn)有的氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度也 較高，需要消耗大量的能源，而且燒結(jié)后氧化鋁陶瓷強度也不高，性能有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就在于為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種氧化鋁陶瓷及其制備方 法。
[0004] 本發(fā)明的目的是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種氧化鋁陶瓷，主要由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁微粉960-1000份、氧化 鋁納米粉20-40份、減水劑8-15份、糊精25-35份、麥芽糖110-130份、油酸20-40份、羧甲 基纖維素25-40份、羥丙基纖維素15-25份。
[0005] 所述氧化錯微粉粒徑為5-15um，氧化錯納米粉粒徑為20-40nm。
[0006] 所述減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉鹽減水劑、萘系高效減水 劑、密胺系減水劑、脂肪族高效減水劑、氨基高效減水劑或聚羧酸高效減水劑。
[0007] 它還包括2-4份甘油和8-12份礦物油。
[0008] 如上所述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括以下步驟： (1) 拌料：將原料混合均勻后，在真空混煉機中混煉至均勻； (2) 擠壓成型：將步驟（1)得到的混合均勻后的原料擠壓成型； (3) 干燥：將步驟（2)得到的成型物料90-100°C干燥60-96h; (4) 燒結(jié)：常壓下，分為三段將步驟（3)獲得的干燥物料燒結(jié)而成；第一段為初始溫 度-(95-105°C)，每分鐘升高 1-2°C，并保溫 20-40min;第二段為（95-105°C)-(550-650°C)， 每分鐘升高1-2°C;第三段（550-650°C)_ (1450-1650°C)，每分鐘升高7-9°C，并保溫2-3h。
[0009] 首先按配方將減水劑溶解于10-20份水中，將氧化鋁納米粉加入水中超聲分散攪 拌均勻，然后加入油酸和甘油攪拌均勻后，再加氧化鋁微粉和其它物料，攪拌均勻，然后將 攪拌后的物料進行真空練泥。
[0010] 步驟（2)為通過3D打印機擠壓成型。
[0011] 本發(fā)明提供的氧化鋁陶瓷通過科學(xué)合理的配方及分三段燒結(jié)工藝既降低了燒結(jié) 溫度，又提高了制成的產(chǎn)品燒結(jié)強度和致密度，產(chǎn)品表面光滑無氣泡，在降低了能源消耗的 同時，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為荷軟蠕變爐支撐棒用3D打印材料提供一個優(yōu)化方案。
【具體實施方式】
[0012] 實施例1 本發(fā)明提供的氧化鋁陶瓷，主要由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁微粉960-1000 份、氧化鋁納米粉20-40份、減水劑8-15份、糊精25-35份、麥芽糖110-130份、油酸20-40 份、羧甲基纖維素25-40份、羥丙基纖維素15-25份；其中氧化鋁微粉粒徑為5-15um，氧化 鋁納米粉粒徑為20-40nm;為了加強產(chǎn)品的性能，配方中還可包括2-4份甘油和8-12份礦 物油；所述減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉鹽減水劑、萘系高效減水劑、密 胺系減水劑、脂肪族高效減水劑、氨基高效減水劑或聚羧酸高效減水劑。
[0013] 配方中通過加入部分納米氧化鋁粉，可增加氧化鋁顆粒間比表面積和接觸面積， 進而提高氧化鋁陶瓷燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度；三聚磷酸鈉等減水劑主要是對氧化鋁納米 粉起到良好的分散作用，充分發(fā)揮納米氧化鋁的促燒結(jié)作用；糊精、麥芽糖、羧甲基纖維素 和羥丙基纖維素可提高成型泥團的可塑性，增加產(chǎn)品成型性能和燒結(jié)后強度；油酸和甘油 作為潤濕劑加入，可以強化減水劑和塑化劑的作用；以上各種添加劑以合理的配比與原料 一起混合，可提尚廣品的成型性能和材料性能。
[0014] 如上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括以下步驟： (1) 拌料：按配方將減水劑溶入10-20份水中，加入氧化鋁納米粉超聲分散混合均勻， 然后加入油酸和甘油的混合物攪拌均勻，再加入氧化鋁微粉和其它物料攪拌均勻；將攪拌 后的物料置于真空煉泥機進行真空練泥，使原料更加均勻地混合； (2) 擠壓成型：將步驟（1)得到的混合均勻后的原料通過3D打印機擠壓成型；使用3D 打印機擠壓成型，可以不需使用模具； (3) 干燥：將步驟（2)得到的成型物料90-100°C干燥60-96h，此溫度下干燥的產(chǎn)品表面 光滑無氣泡； (4) 燒結(jié)：常壓下，分為三段將步驟（3)獲得的干燥物料燒結(jié)而成；第一段為初 始溫度-(95-105°C)，每分鐘升高1_2°C，到了最高溫度時保溫20-40min;第二段為 (95-105°C)_ (550-650°C)，每分鐘升高 1_2°C;第三段（550-650°C)_ (1450-1650°C)，每 分鐘升高7-9°C，到了最高溫度時保溫2-3h。
[0015] 常壓下，一般氧化鋁陶瓷燒結(jié)所需溫度較高，在1800°C以上，而本發(fā)明通過科學(xué) 合理的配方，并通過控制燒結(jié)溫度加強燒結(jié)強度，在低溫階段初始溫度-(95-105Γ)， 升溫速率要緩慢，目的是為了排除游離水、減少材料表面產(chǎn)生鼓泡；在中溫階段 (95-105°C)_ (550-650°C)，升溫速率同樣要緩慢，目的是為了排除有機物，減少材料表面裂 紋等缺陷；在高溫階段（550-650°C)_ (1450-1650°C)，升溫速率加快，使材料在高溫下快速 燒成，提高燒成速度，并提高產(chǎn)品的強度。
[0016] 本發(fā)明制得氧化鋁陶瓷燒結(jié)強度一般為400MPa，壓縮蠕變收縮率100hl500°C為 0. 05%，強度高，高溫蠕變性能好。
[0017] 實施例2 本發(fā)明提供的氧化鋁陶瓷，由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁微粉960g、氧化鋁 納米粉30g、三聚磷酸鈉10g、糊精30g、麥芽糖120g、油酸30g、羧甲基纖維素40g、羥丙 基纖維素20g、甘油2g和礦物油10g;其中氧化鋁微粉粒徑為10um，氧化鋁納米粉粒徑為 30nm〇
[0018] 如上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括以下步驟： (1) 拌料：按配方將三聚磷酸鈉溶入20g水中，加入氧化鋁納米粉超聲分散混合均勻， 然后加入油酸和甘油的混合物攪拌均勻，再加入其它物料攪拌均勻；將攪拌后的物料置于 真空煉泥機進行真空練泥，使原料更加均勻地混合； (2) 擠壓成型：將步驟（1)得到的混合均勻后的原料通過3D打印機擠壓成型； (3) 干燥：將步驟（2)得到的成型物料100°C干燥96h; (4) 燒結(jié)：常壓下，分為三段將步驟（3)獲得的干燥物料燒結(jié)而成；第一段為初始溫 度-KKTC，每分鐘升高1. 5°C，到了最高溫度時保溫30min;第二段為100°C-600°C，每分鐘 升高1. 5°C;第三段600°C-1500°C，每分鐘升高8°C，到了最高溫度時保溫2. 5h。
[0019] 實施例3 本發(fā)明提供的氧化鋁陶瓷，由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁微粉995g、氧化鋁 納米粉20g、萘系高效減水劑12g、糊精35g、麥芽糖120g、油酸40g、羧甲基纖維素30g、 羥丙基纖維素18g、甘油2g和礦物油10g;其中氧化鋁微粉粒徑為5um，氧化鋁納米粉粒 徑為40nm。
[0020] 如上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括以下步驟： (1) 拌料：按配方將萘系高效減水劑溶入15g水中，加入氧化鋁納米粉超聲分散混合均 勻，然后加入油酸和甘油的混合物攪拌均勻，再加入其它物料攪拌均勻；將攪拌后的物料置 于真空煉泥機進行真空練泥，使原料更加均勻地混合； (2) 擠壓成型：將步驟（1)得到的混合均勻后的原料通過3D打印機擠壓成型； (3) 干燥：將步驟（2)得到的成型物料100°C干燥96h; (4) 燒結(jié)：常壓下，分為三段將步驟（3)獲得的干燥物料燒結(jié)而成；第一段為初始溫 度-KKTC，每分鐘升高1. 5°C，到了最高溫度時保溫30min;第二段為100°C-600°C，每分鐘 升高1. 5°C;第三段600°C-1500°C，每分鐘升高8°C，到了最高溫度時保溫2. 5h。
[0021] 實施例4 本發(fā)明提供的氧化鋁陶瓷，由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁微粉965g、氧化鋁 納米粉33g、六偏磷酸鈉15g、糊精26g、麥芽糖115g、油酸28g、羧甲基纖維素34g、羥丙 基纖維素23g、甘油4g和礦物油8g;其中氧化鋁微粉粒徑為15um，氧化鋁納米粉粒徑為 20nm〇
[0022] 如上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括以下步驟： (1) 拌料：按配方將六偏磷酸鈉溶入l〇g份水中，加入氧化鋁納米粉超聲分散混合均 勻，然后加入油酸和甘油的混合物攪拌均勻，再加入其它物料攪拌均勻；將攪拌后的物料置 于真空煉泥機進行真空練泥，使原料更加均勻地混合； (2) 擠壓成型：將步驟（1)得到的混合均勻后的原料通過3D打印機擠壓成型； (3) 干燥：將步驟（2)得到的成型物料90°C干燥80h; (4) 燒結(jié)：常壓下，分為三段將步驟（3)獲得的干燥物料燒結(jié)而成；第一段為初始溫 度-KKTC，每分鐘升高1. 5°C，到了最高溫度時保溫20min;第二段為100°C-600°C，每分鐘 升高1. 5°C;第三段600°C-1550°C，每分鐘升