[发明专利]一种碳化硅增强堇青石‑莫来石陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

堇青石-莫来石材料具有良好的抗热震性和较高的强度，广泛应用于高温炉、窑具、电子器件材料等。但随着我国现代工业、新技术产业的不断发展，单一的堇青石-莫来石材料已逐渐不能满足工业生产的需求。陶瓷生产过程的全自动化、快速烧成工艺的普及以及产品生产的周期大大缩短等因素，因此要求堇青石-莫来石材料具有更高的强度和更好的抗热震性。

目前，提高陶瓷材料强度的方法主要有以下几种：(1)相变增强；(2)纤维/晶须增强；(3)颗粒增强。碳化硅为共价化合物，具有较好的常温和高温物理性能，同时它还具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐磨损、抗热冲击等优异性能。因此，在堇青石-莫来石陶瓷材料中加入碳化硅颗粒可达到增强增韧的目的。

目前，关于碳化硅颗粒增强陶瓷材料已有一些研究，如“一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具及其制备方法”(CN 102775163 A)专利技术，以碳化硅颗粒、堇青石细粉、金属硅粉、硅溶胶或硅-铝溶胶为原料，制备的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具虽有其优点，但其缺点是制品的烧成温度高，常温耐压强度低。“堇青石质窑具的制造方法”(CN 1415575A)专利技术，以硅微粉、氧化铝微粉、氧化镁细粉以及煅烧高岭土为基质料，以莫来石、红柱石、碳化硅为骨料，采用浇注成型的方式制备堇青石质陶瓷窑具虽有其优点，但其缺点是制品的使用温度和强度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料及其制备方法，该方法以碳化硅颗粒为增强相，以碳化硼粉体为抗氧化剂，所制备的复合材料具有高温抗氧化性较好，力学性能和抗热震稳定性好的特点，且制品的生产成本较低、工艺简单可控。

其具体技术方案为：

一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料，包括以下质量百分比的初始原料：堇青石35-55wt％、莫来石30-50wt％、膨润土2-10wt％、碳化硅0.5-20wt％、碳化硼0-15wt％，结合剂和水，余量；其中，结合剂和水的用量分别为混合原料总质量的0.5-25wt％和6-60wt％。

本发明所述的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硼均为粉状，细粉粒径≤0.074mm。

本发明所述的碳化硅为颗粒状，颗粒粒径为0.125mm≤D≤1mm。

本发明所述的结合剂为水玻璃、糊精、纸浆废液、聚乙烯醇中的任意一种或几种的混合液。

一种碳化硅增强堇青石-莫来石陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照本发明所述的配方称取各组分；

(2)将称取的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硅、碳化硼置于混料机中，混料2-8小时，得混合原料；

(3)将称取的结合剂和水加入到步骤(2)所得的混合原料中，混料1-3小时，得混合料；

(4)将步骤(3)所得的混合料置于造粒机内进行造粒，得粒径为0.5-2mm的颗粒；

(5)将步骤(4)所得的颗粒置于液压压机内进行成型处理，成型压力为30-100MPa，得坯体；

(6)将步骤(5)所得的坯体置于70-120℃的干燥箱内干燥4-24小时后，置于高温窑炉中，在1200-1400℃的条件下煅烧2-6小时，即得复合材料。

优选地：所述步骤(4)中的造粒方式为喷雾造粒或者挤压造粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明以堇青石粉、莫来石粉为主要原料，使得制品的生产工艺简单，生产成本较低；以碳化硅颗粒为增强相，使得制品的力学性能优良；以碳化硼为抗氧化剂，使得制品的抗氧化性能好；最终制品具有抗氧化性能好，力学性能优良和热震稳定性好等优点，生产成本较低，具有广泛的经济和社会价值。制品的体积密度为1.75-2.13g/cm³，气孔率为21-32％，常温耐压强度为80-110MPa，可作为高温窑炉的窑具材料等。

具体实施方式

下面结合具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

以下实施例中所使用的堇青石、莫来石、膨润土、碳化硼均为粉状，细粉粒径≤0.074mm，碳化硅为颗粒状，颗粒粒径为0.125mm≤D≤1mm。

实施例1