[发明专利]一种近零膨胀系数镁橄榄石-锂霞石复合陶瓷材料

说明书

本发明提供了一种近零膨胀系数镁橄榄石‑锂霞石复合陶瓷材料，在室温‑600^oC范围内使用的零膨胀材料，以镁橄榄石、镁砂、二氧化硅，氧化铝和碳酸锂为原料，首先将镁橄榄石在烧结，得到镁橄榄石熟料，采用高温固态烧结法方法制备的锂霞石，混合二氧化硅、氧化铝和碳酸锂之后在预烧，得到锂霞石负膨胀材料；然后将合成的镁橄榄石、镁砂混合，将镁橄榄石、镁砂的混合粉体与和锂霞石粉料按比例进行配料，并将粉料倒入球磨罐中球磨，出料烘干后，进行造粒、排胶、烧结得到镁橄榄石‑锂霞石复合陶瓷材料。该方法制备的镁橄榄石‑锂霞石复合材料在室温‑600^oC范围内材料膨胀系数为零，该方法过程简单，成本低廉，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，特别涉及一种近零膨胀系数镁橄榄石-锂霞石复合陶瓷材料。

背景技术

不同材料的膨胀速率会随着温度的变化而不同，膨胀系数和热胀冷缩失配产生热冲击常会导致器件疲劳、性能大大降低、临时性或永久性失效甚至断裂，带来严重后果。为了解决这样的问题，需要制备出材料具有零膨胀的特殊物理性能，这类可以减少高温材料的内应力产生的影响，增加了材料的抗热冲击强度，彻底解决膨胀系数失配问题，提高器件的稳定性（特别是在极端条件下的稳定性），可广泛应用于航天材料、发动机部件、集成线路板和光学器件等精密仪器和极端条件下的器件中。

热胀冷缩是自然界物体的一种基本热学性质。然而也有少数材料并不遵循这一基本物理规则，存在着反常的热膨胀性质，即其体积随着温度的升高反常缩小（或不变）。其中，有一类材料的体积在一定温区内保持不变，称为零膨胀材料，在很多重要的科学工程领域具有重要的应用价值。目前已有绝大多数材料随着温度的升高而膨胀，即表现为正的热膨胀系数。自然界几乎不存在零膨胀材料，为了得到零膨胀材料，目前采用的方法是：采用负热膨胀（NTE）材料与一般的正热膨胀材料复合，从而使复合材料的热膨胀系数可控，甚至为零，成为可能。可目前制备的零膨胀材料的使用温度范围较窄，不适用在中高温区域使用，同时生产成本较高。

发明内容

本发明提出一种近零膨胀系数镁橄榄石-锂霞石复合陶瓷材料，解决了现有不同材料的膨胀速率会随着温度的变化而不同，膨胀系数和热胀冷缩失配产生热冲击常会导致器件疲劳、性能大大降低、临时性或永久性失效甚至断裂，带来严重后果。零膨胀材料可以最大限度的减少高温材料的内应力，增加材料的抗热冲击强度，提高器件的稳定性（特别是在极端条件下的稳定性）。

实现本发明的技术方案是：一种近零膨胀系数镁橄榄石-锂霞石复合陶瓷材料，步骤如下：

（1）将镁橄榄石在1510-1600℃烧结6-10h，得到镁橄榄石熟料；

（2）将二氧化硅、氧化铝和碳酸锂混合后在1100-1300℃预烧8-15h，得到锂霞石负膨胀材料；

（3）将步骤（1）得到的镁橄榄石熟料和镁砂混合，得到混合粉体；将混合粉体与锂霞石负膨胀材料混合后倒入球磨罐球磨，烘干后得到球磨料；

（4）向步骤（3）得到的球磨料中加入有机粘合剂进行造粒，造粒后的粉料倒入模具中压制成圆柱形块体，对圆柱形块体进行排胶，之后在高温下烧结得到镁橄榄石-锂霞石复合陶瓷材料。

所述步骤（2）中二氧化硅、氧化铝和碳酸锂的质量比为（60-63）：（72-76）：（102-105）。

所述步骤（3）中镁橄榄石熟料和镁砂的质量比为（85-90）：（10-15）。

所述步骤（3）中球磨罐中以氧化锆球和无水乙醇为介质球磨1-7h。

所述步骤（4）中有机粘合剂为质量分数为4-7%的PVA溶液。

所述步骤（4）中将造粒后的粉料在80-150MPa下压成直径为13mm、高度为4-5mm的圆柱形块体。