[发明专利]一种低烧成收缩率氧化铝陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种低烧成收缩率的氧化铝陶瓷及其制备方法，属于特种陶瓷领域。本发明氧化铝陶瓷烧成收缩率不大于10％，主要采用工业α‑Al₂O₃粉和RO‑Al₂O₃‑SiO₂烧结助剂，经高温烧结而成，其中，所述RO‑Al₂O₃‑SiO₂烧结助剂中的SiO₂由金属硅粉按等摩尔引入。本发明克服了现有技术生产安全风险过大的弊端，全面适用于氧化铝陶瓷的生产过程，在不改变陶瓷显微结构和力学性能的前提下，大幅度降低产品烧成变形度，提高制品的加工性能，降低加工成本。

技术领域

本发明涉及一种低烧成收缩率氧化铝陶瓷及其制备方法，属于特种陶瓷领域。

背景技术

陶瓷材料的收缩是产品烧成过程中一定会出现的问题，收缩是产品变形、开裂的重要原因，直接降低产品的合格率。过大的收缩会严重影响产品精度，技术上往往采用留有较大的加工余量的方法，对烧后产品进行加工。

氧化铝陶瓷是目前工业应用最广泛的结构、功能材料，氧化铝陶瓷强度大、硬度高、脆性强，采用高余量的生产方式，其加工极其困难且成本极高。特别是近年来，随着原料粒度超细化发展，氧化铝陶瓷制品烧成收缩率逐渐增大，由17％左右变成23％左右，导致生产中产品变形、开裂、加工余量和难度加大等一系列问题的出现。

目前，关于降低氧化铝陶瓷烧成收缩率的研究很少。专利ZL201110282186.0公开了一种降低氧化铝陶瓷烧成收缩率的方法，采用超细(≤10um)的高纯(≥98％)金属铝粉代替氧化铝来实现。但是该专利技术存在严重的安全隐患：金属铝粉是严重受限的易燃易爆产品，可燃，细粉与空气能形成易燃易爆的混合物；而且在其实施例1、2中明确指出，金属铝粉与其它湿法球磨后的原料混合2h，注浆成型或喷雾干燥，高纯金属铝粉非常容易与水反应，特别是混合和注浆过程中，产生大量的氢气，同时生成氢氧化铝，既严重增加爆炸的危险，又达不到“高温铝粉氧化为氧化铝体积膨胀带来氧化铝陶瓷低收缩率”的目的，因此说其可行性值得怀疑。只有实施例3从理论上是可行的，即在严格保证安全的前提下，干法混合、热压铸成型(无水成型方式)，可以制得低收缩率陶瓷制品，显然其实用性严重受限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低烧成收缩率氧化铝陶瓷及其制备方法，具体来讲，利用使用安全的金属硅粉替代氧化铝陶瓷烧结助剂中的二氧化硅，利用金属硅的高温氧化膨胀，有效的抵消氧化铝陶瓷烧成过程中的收缩，同时为了避免金属硅粉在湿法成型过程中的水化反应，对金属硅粉进行了预包覆改性处理，实现了氧化铝陶瓷干法成型(热压铸成型、压制成型)和湿法成型(注浆成型、注凝成型)的适用性。

本发明的目的可以通过以下技术措施来实现：

本发明低烧成收缩率氧化铝陶瓷，其烧成收缩率不大于10％，主要采用工业α-Al₂O₃粉和RO-Al₂O₃-SiO₂烧结助剂，经高温烧结而成，其中，所述RO-Al₂O₃-SiO₂烧结助剂中的SiO₂由金属硅粉按等摩尔引入；金属硅粉的引入量，按质量比不超过坯料量的5％；金属硅粉的中值粒径D50不超过5um，其中硅的质量含量不小于98％。

本发明低烧成收缩率氧化铝陶瓷的制备方法，陶瓷坯体采用干法成型时，金属硅粉可以直接加入到陶瓷坯料中，进行成型。陶瓷坯体采用湿法成型时，金属硅粉需要进行预包覆改性处理，其工艺如下：

(1)在强力搅拌条件下，将金属硅粉缓慢加入到无水乙醇中，搅拌1-5小时；

(2)缓慢加入有机硅烷，搅拌均匀；

(3)在一定温度下，缓慢加入调整好PH值的硅溶胶，继续搅拌4-6小时；