專(zhuān)利名稱：低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料的制造技術(shù)，涉及一種低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)上所用的隔熱保溫材料種類(lèi)繁多，大都采用纖維或者多孔材料制得，如硅酸鋁質(zhì)耐火纖維等，但這類(lèi)材料力學(xué)性能較差，無(wú)法承受較大得載荷，因此通常在承力框架內(nèi)使用。針對(duì)耐高溫的永磁起重機(jī)，其工作面和被吸的高溫鋼板之間是傳熱面，受到壓應(yīng)力作用。因此需要在該工作面加入耐壓隔熱的保溫材料，鋼框架加硅酸鋁耐火纖維氈由于鋼框?qū)峥於贿m用這一場(chǎng)和，而采用硅酸鋁耐火纖維氈中鑲嵌如低熱導(dǎo)率耐壓的陶瓷球，就可滿足使用要求。精細(xì)陶瓷具有高熔點(diǎn)、高硬度、高壓和耐熱等優(yōu)異性能，在航空航天、能源、生物、冶金、電子、化學(xué)、化工等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。在所有精細(xì)陶瓷中，氧化鋁是用量最大、用途最廣的一類(lèi)，雖然其熱導(dǎo)率較氧化鋯等陶瓷高，但是其成本遠(yuǎn)低于氧化鋯陶瓷，適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。氧化鋁陶瓷在隔熱耐壓場(chǎng)合的主要問(wèn)題是氧化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率較高(純氧化鋁陶瓷熱導(dǎo)率大于20W/(m*K))，此外氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能較低。申請(qǐng)?zhí)枮?00510112725.0的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利涉及一種微晶氧化鋁陶瓷顆粒的制備方法。盡管制備的微晶氧化鋁陶瓷顆粒硬度高、韌性好和耐磨性好，但是因?yàn)闆](méi)有加入適量玻璃相添加劑，因此所制備陶瓷顆粒的熱導(dǎo)率必然較高。同時(shí)，由于大量采用氫氧化鋁和擬薄水鋁石等含水量高的前驅(qū)體，燒結(jié)時(shí)收縮大，無(wú)法獲得致密的塊體陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠?qū)⒌蛯?dǎo)熱玻璃相均勻分布于氧化鋁顆粒表面，進(jìn)而能夠采用低成本 工業(yè)級(jí)原料批量生產(chǎn)低熱導(dǎo)率、高抗壓強(qiáng)度的氧化鋁陶瓷的方法。本發(fā)明的低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法包括如下步驟:a.將工業(yè)級(jí)Y —氧化招、水、占總氧化招質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-5%的細(xì)晶α —氧化招和占總氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-5%的勃母石放入球磨機(jī)中，球磨獲得均勻漿料；b.將上述均勻漿料和均勻漿料中總氧化鋁質(zhì)量1-3倍的水在70 - 90°C混合，攪拌均勻；加酸控制pH值3-4,形成乳池液；c.將添加劑加入上述乳濁液，添加劑為選自碳酸鈣、碳酸鋇、氧化鎂、氧化鋯、硼酸、硅微粉、氟化鋁和氯化銨中的任意一種或多種混合物，添加劑的質(zhì)量為乳濁液中氧化鋁總質(zhì)量的1-10%，待水分蒸發(fā)后形成凝膠；d.將制得的凝膠在1050°C 1350°C下保溫2 — 10小時(shí)，得到含有玻璃相的微晶氧化鋁粉體；e.將上一步驟制得的粉體經(jīng)過(guò)球磨或砂磨，干燥后，經(jīng)等靜壓成型，素坯修整，在不高于1350°C 1550°C下保溫2 — 10小時(shí)，獲得低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷。所述的工業(yè)級(jí)Y —氧化鋁中的雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于1.0%。所述步驟a中的細(xì)晶α —氧化鋁的一次粒徑不大于0.3 μ m，中值粒徑D50不大于I μ m0所述步驟b中的酸選自工業(yè)鹽酸、工業(yè)硝酸、工業(yè)草酸中的一種。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)乳濁液的濃度及pH值，添加了適量的添加劑，降低燒結(jié)溫度，能夠獲得低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷；2.采用本發(fā)明方法制備的陶瓷，具有平均晶粒尺寸小于I μ m，顯微結(jié)構(gòu)中含有顯微結(jié)構(gòu)中含有均勻的低熱導(dǎo)率玻璃相的特點(diǎn)，因此陶瓷球熱導(dǎo)率低、抗壓強(qiáng)度高，可廣泛用于高溫耐壓隔熱場(chǎng)合；3.本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)易控制、易于穩(wěn)定生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明:實(shí)施例一，制備低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁球，經(jīng)過(guò)以下步驟:①工業(yè)級(jí)Y —氧化鋁30kg、0.3kg細(xì)晶α —氧化鋁和0.3kg的勃母石放入球磨機(jī)中，其中細(xì)晶α —氧化招的一次粒徑為0.2 μ m,中值粒徑D50為0.8 μ m,磨介用直徑為IOmm的氧化鋯或氧化鋁球，磨料、磨介、水的質(zhì)量比例為1:1:1，球磨24小時(shí)形成均勻的混合物漿料。②將上述反應(yīng)混和物和60kg的水在85°C混合，加鹽酸控制pH值為3，形成部分膠溶的乳濁液。③將質(zhì)量為500g的碳酸鈣、碳酸鋇、氧化鎂、氧化鋯、硼酸、硅微粉、氟化鋁和氯化銨的任意一種或者任意兩種以上的混合物加入上述乳濁液繼續(xù)混合，加熱至60°C，待水分蒸發(fā)后形成凝膠。④將制得的凝膠在1200°C下保溫6小時(shí)，破碎后得到含有一定玻璃相的微晶氧化招粉體。⑤將煅燒后的粉體經(jīng)過(guò)球磨或砂磨，干燥后，經(jīng)等靜壓成型，素坯修整，在1350°C下保溫5小時(shí)，獲得晶粒尺寸為0.4 μ m，熱導(dǎo)率為9W/ (m*K)，抗壓強(qiáng)度為2600MPa的低熱導(dǎo)
率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁球。實(shí)施例二，制備低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁球，經(jīng)過(guò)以下步驟:①工業(yè)級(jí)Y —氧化鋁100kg、3kg細(xì)晶α —氧化鋁和3kg的勃母石放入球磨機(jī)中，其中細(xì)晶α —氧化鋁的一次粒徑為0.2 μ m，中值粒徑D50為0.5 μ m，磨介用直徑為IOmm的氧化鋯或氧化鋁球，磨料、磨介、水的質(zhì)量比例為1:1:1，球磨48小時(shí)形成均勻的混合物漿料。②將上述反應(yīng)混和物和300kg的水在80°C混合，加鹽酸控制pH值為4，形成部分膠溶的乳濁液。③將質(zhì)量為5kg的碳酸鈣、碳酸鋇、氧化鎂、氧化鋯、硼酸、硅微粉、氟化鋁和氯化銨的任意一種或者任意兩種以上的混合物加入上述乳濁液繼續(xù)混合，加熱至100°c，待水分蒸發(fā)后形成凝膠。④將制得的凝膠在1300°C下保溫8小時(shí)，破碎后得到含有一定玻璃相的微晶氧化招粉體。⑤將煅燒后的粉體經(jīng)過(guò)球磨或砂磨，干燥后，經(jīng)等靜壓成型，素坯修整，在不高于1400°C下保溫6小時(shí)，獲得晶粒尺寸為0.9 μ m，熱導(dǎo)率為8W/ (m*K)，抗壓強(qiáng)度為2600MPa的低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁球。通過(guò)以上實(shí)施例制成的氧化鋁陶瓷，具有平均晶粒尺寸小于I μ m，顯微結(jié)構(gòu)中含有顯微結(jié)構(gòu)中含有均勻的低熱導(dǎo)率玻璃相的特點(diǎn)，因此陶瓷球熱導(dǎo)率低、抗壓強(qiáng)度高，可廣泛用于高溫 耐壓隔熱場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法，其特征是:包括如下步驟， a.將工業(yè)級(jí)Y—氧化鋁、水、占總氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-5%的細(xì)晶α —氧化鋁和占總氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-5%的勃母石放入球磨機(jī)中，球磨獲得均勻漿料； b.將上述均勻漿料和均勻漿料中總氧化鋁質(zhì)量1-3倍的水在70- 90°C混合，攪拌均勻；加酸控制pH值3-4,形成乳池液； c.將添加劑加入上述乳濁液，添加劑為選自碳酸鈣、碳酸鋇、氧化鎂、氧化鋯、硼酸、硅微粉、氟化鋁和氯化銨中的任意一種或多種混合物，添加劑的質(zhì)量為乳濁液中氧化鋁總質(zhì)量的1-10%，待水分蒸發(fā)后形成凝膠； d.將制得的凝膠在1050°C 1350°C下保溫2— 10小時(shí)，得到含有玻璃相的微晶氧化招粉體； e.將上一步驟制得的粉體經(jīng)過(guò)球磨或砂磨，干燥后，經(jīng)等靜壓成型，素坯修整，在不高于1350°C 1550°C下保溫2 — 10小時(shí)，獲得低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法，其特征是:所述工業(yè)級(jí)Y —氧化鋁 中的雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于1.0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法，其特征是:所述步驟a中的細(xì)晶α —氧化招的一次粒徑不大于0.3 μ m,中值粒徑D50不大于I μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷的制備方法，其特征是:所述步驟b中的酸選自工業(yè)鹽酸、工業(yè)硝酸、工業(yè)草酸中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬涉及一種低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷球的制備方法。該方法包括如下步驟a.將工業(yè)級(jí)γ－氧化鋁、水、細(xì)晶α－氧化鋁和勃母石放入球磨機(jī)中，球磨獲得均勻漿料；b.將均勻漿料和水混合，攪拌均勻；加酸控制pH值3-4，形成乳濁液；c.將添加劑加入乳濁液，待水分蒸發(fā)后形成凝膠；d.將制得的凝膠在1050℃～1350℃下保溫2－10小時(shí)，得到含有玻璃相的微晶氧化鋁粉體；e.將制得的粉體經(jīng)過(guò)球磨或砂磨，干燥后，經(jīng)等靜壓成型，在不高于1350℃～1550℃下保溫2－10小時(shí)，獲得低熱導(dǎo)率高抗壓強(qiáng)度氧化鋁陶瓷。本發(fā)明能夠采用低成本工業(yè)級(jí)原料批量生產(chǎn)低熱導(dǎo)率、高抗壓強(qiáng)度的氧化鋁陶瓷。
文檔編號(hào)C04B35/10GK103232226SQ20131011731
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者徐俊峰, 蔣丹宇, 張金泉, 馮濤, 陳燁, 李雨林 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江市江南礦山機(jī)電設(shè)備有限公司, 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所