[发明专利]含硼化锆的熔融石英陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温结构陶瓷领域，特别是涉及含硼化锆的熔融石英陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

熔融石英具有优良的低热膨胀等特性，其800℃时的热膨胀率仅为0.05%，相应的热膨胀系数为0.64×10^-6/℃，由熔融石英粉体制备的熔融石英陶瓷材料具有优良的抗热震性能，广泛应用于玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金、电力、电子、军工导弹、航天器等领域。但熔融石英陶瓷材料中的颗粒状熔融石英为热力学不稳定的高能态物质，在＞1200℃的高温条件下，熔融石英易逐渐脱玻化（或称晶化）形成高热膨胀率（或高热膨胀系数）的方石英，该晶化过程伴随有较大的体积效应。熔融石英的晶化程度随温度升高而逐步增大，且熔融石英陶瓷材料的热膨胀率随熔融石英晶化程度增大而提高。经1400℃保温1小时烧后的纯熔融石英陶瓷材料，其中的熔融石英大部晶化为方石英，该熔融石英陶瓷材料800℃时的热膨胀率增大至1.79%，相应的热膨胀系数为22.95×10^-6/℃，因此该材料的抗热震性能大幅度降低。

熔融石英晶化程度高的熔融石英陶瓷材料，在经历自高温至常温、或自常温至高温的热震过程时，熔融石英陶瓷材料易产生热震裂纹，甚至因裂纹扩展导致材料开裂损毁。因此，降低熔融石英陶瓷材料高温使用时的熔融石英晶化程度及其危害作用，探寻减小或抑制熔融石英晶化程度的技术途径，成为熔融石英陶瓷材料应用发展的重要技术课题。应寻求一种技术方法，使熔融石英陶瓷材料在经历1200℃～1400℃高温使用环境条件下，熔融石英陶瓷材料中熔融石英的晶化程度较小，使熔融石英陶瓷材料仍具有较低的热膨胀率（或较低的热膨胀系数）和较高的抗热震性能，从而提高熔融石英陶瓷材料在钢铁冶金、航天军工等领域应用的安全可靠性。

近年来，国内一些机构进行了熔融石英的烧结与析晶抑制的研究，研究者采用微米级或纳米级添加剂如稀土氧化物氧化镧、氧化镱、氧化钕、氧化钬、氧化钇、氧化铈等引入到熔融石英陶瓷材料中，获得了一定的熔融石英析晶抑制效果。但上述稀土氧化物或纳米级添加剂的价格较高，增大了熔融石英陶瓷材料的制造成本，并且对熔融石英析晶的抑制效果有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种含硼化锆的熔融石英陶瓷材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。

基于上述目的，本发明提供的含硼化锆的熔融石英陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：

将熔融石英粉和硼化锆粉按照重量百分比分别为95.0～99.7％、0.3～5.0％混合后，加入乙醇或水搅拌形成具有流动性的料浆，对料浆继续搅拌，再经脱醇或脱水及干燥后获得混合干粉体；

向混合干粉体中逐步加入质量浓度为2～2.5%的聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的加入量是混合干粉体质量的5.5～6.5%，继续搅拌混合后过筛，过筛后置于密闭塑料袋中困料3～4小时后获得可供模压成型的坯料；

将坯料模压成型，获得坯体，坯体成型压强为90～110MPa；

将成型后坯体在18～22℃室温干燥2.5～3.5小时，之后在60～70℃干燥0.5～1.5小时，最后经95～105℃干燥0.5～1.0小时获得供烧成的干燥坯体；

将干燥后的坯体经1300～1400℃保温1～2小时还原气氛烧成后获得含硼化锆的熔融石英陶瓷材料。

可选地，所述熔融石英粉的粒径d₅₀≤10.0μm，硼化锆粉的粒径d₅₀≤9.0μm。

可选地，所述熔融石英粉含SiO₂≥99.0wt%，硼化锆粉含ZrB₂≥99.0wt%。

可选地，所述乙醇或水的加入质量：熔融石英粉和硼化锆粉质量=1-1.5:1。

本发明还提供一种含硼化锆的熔融石英陶瓷材料，所述含硼化锆的熔融石英陶瓷材料根据上述含硼化锆的熔融石英陶瓷材料的制备方法制得。