CN100509692C - 一种钨刚玉陶瓷材料及低温烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钨刚玉陶瓷材料及低温烧结方法。钨刚玉陶瓷材料中原料重量百分比含量为：氧化铝粉85～99.5%、氧化钨0.1～3.0%、粘土0.1～14.5%、长石0.1～14.5%、碳酸钙0.1～14.5%、滑石0.1～14.5%。步骤为：将上述原料球磨混合3小时后在空气中于100℃烘干24小时；采用冷等静压成型，在200～300MPa下保压3分钟；在硅钼炉中1350～1550℃保温0.5～3小时烧结，随炉冷却，可获得钨刚玉陶瓷材料。本发明采用一般工业设备，工艺简单，有利于刚玉陶瓷工业化生产；不仅显著降低氧化铝陶瓷的烧结温度，同时抗弯强度可以达到350～600Mpa；能显著降低高铝陶瓷生产中的高温能耗及产品成本，同时获得高强氧化铝陶瓷。

Description

一种钨刚玉陶瓷材料及低温烧结方法

技术领域

本发明属于氧化铝陶瓷材料技术领域，特别涉及一种添加氧化钨的刚玉陶瓷材料及其低温烧结方法。

背景技术

氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，具有优良的力学性能、电性能、热性能、很高的漫反射率、耐腐蚀性、原料丰富价廉以及比MgO、SiC、Si₃N₄陶瓷更易烧结的特性，是用来制造多种高强度、耐磨损、耐高温等性能陶瓷部件的基础材料，且需求量巨大，因而倍受国内外的关注，在现代工业和现代科学技术领域中得到越来越广泛的应用，是目前应用最广泛的一种特种陶瓷，应用领域涉及到冶金、化工、机电、船舶、宇航、军事等各个领域。在氧化铝陶瓷生产中，国内外均存在着同样的问题，即不能用现有工业生产技术、低成本制造高性能氧化铝陶瓷。氧化铝瓷的烧结温度高达1600～1700℃，投资大，能耗高，抗弯强度一般仅为250-350MPa。产品质量很难进一步提高，限制了它的推广应用。氧化铝陶瓷烧结温度较高，易引起晶粒长大，导致力学性能下降一般采用加入液相物质促进烧结的办法。按作用方式的不同，添加剂通过两种形式促进氧化铝的烧结。第一、添加剂***本身或者添加剂与氧化铝基体之间形成液相，这类添加剂如SiO₂以及MgO、CaO、SrO、BaO等，液相的存在方便了氧化铝颗粒的重排，同时通过融解-沉淀机理促进烧结。第二、与氧化铝基体形成固溶体，通过增加氧化铝的晶格畸变，使扩散速率变大，从而促进烧结。添加剂如TiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃、MnO₂、Y₂O₃等。但是，当加入量较少时，烧结温度仍然偏高；当加入量增大时，虽然有利于烧结，但最终材料力学性能出现较大幅度下降。

为了解决这些问题，近几年来国内外学者均进行了大量的研究工作。国内外实验室关于氧化铝陶瓷的研究水平取得了重要进展，日本科学家在90年代研制出抗弯强度达到>1000MPa的氧化铝样品。提出用超细氧化铝粉体作原料，在1400℃烧结即能制备出性能优良的致密坯体，但其超细氧化铝粉制备工艺复杂，成本很高。我国目前同样存在类似的问题，虽然国内学者也在氧化铝原料制备及降低氧化铝陶瓷的烧结温度方面做了大量的研究工作，都没有从根本上解决氧化铝陶瓷的价格与性能之间的矛盾，我国的研究人员在实验室条件下也得到抗弯强度300～500MPa，甚至>1000MPa的氧化铝样品，采用的原料是超细纳米氧化铝粉与纳米碳化硅复合原料加等离子放电烧结或热等静压烧结，其抗弯强度得到大幅度提高，但不具有工业价值，工业生产无法推广。

发明内容

本发明的目的是就是采用工业原料，通过添加氧化钨，利用常压低温烧结技术制备抗弯强度大300～600MPa的高强度氧化铝陶瓷，可以解决上述烧结温度过高、采用超细粉或用离子放电烧结或热等静压烧结所产生的能耗过大，产品成本高等的问题。

本发明涉及的钨刚玉陶瓷材料中原料重量百分比含量为：氧化铝粉85～99.5％、氧化钨0.1～3.0％、粘土0.1～14.5％、长石0.1～14.5％、碳酸钙0.1～14.5％、滑石0.1～14.5％。

具体步骤为：

(1)在氧化铝粉中添加氧化钨，以粘土、长石、碳酸钙、滑石作为烧结助剂；

(2)将上述原料球磨混合3小时后在空气中于100℃烘干24小时；

(3)在200～300MPa下保压3分钟冷等静压成型；

(4)在硅钼炉中1350～1550℃保温0.5～3小时烧结，随炉冷却，可获得抗弯强度为300～600MPa烧结体即钨刚玉陶瓷材料。

本发明采用一般工业设备，工艺简单，有利于刚玉陶瓷工业化生产；不仅显著降低氧化铝陶瓷的烧结温度，同时抗弯强度可以达到350～600Mpa；能显著降低高铝陶瓷生产中的高温能耗及产品成本，同时获得高强度氧化铝陶瓷。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

(1)原料重量百分比为：α-Al₂O₃粉90％、氧化钨1％、长石3％、碳酸钙2％、粘土3％和滑石1％，按上述比例配料；

(2)将上述原料球磨混合3小时后在空气中于100℃烘干24小时；

(3)采用冷等静压成型，在200MPa下保压3分钟；

(4)在硅钼炉中于1430℃常压下烧结，保温2小时。

所制得产品的抗弯强度为450MPa。

实施例2：

(1)原料重量百分比为：α-Al₂O₃粉95％、氧化钨2％、长石0.5％、碳酸钙1％、粘土1％和滑石0.5％，按上述比例配料；

(2)将上述原料球磨混合3小时后在空气中于100℃烘干24小时；

(3)采用冷等静压成型，在300MPa下保压3分钟；

(4)在硅钼炉中于1520℃常压下烧结，保温2小时。

所制得产品的抗弯强度为550MPa。

Claims (2)

1.一种钨刚玉陶瓷材料，其特征在于钨刚玉陶瓷材料的原料重量百分比含量为：氧化铝粉85～99.5％、氧化钨0.1～3.0％、粘土0.1～14.5％、长石0.1～14.5％、碳酸钙0.1～14.5％、滑石0.1～14.5％。

2.一种权利要求1所述钨刚玉陶瓷材料的低温烧结方法，其特征在于具体步骤为：

(1)在氧化铝粉中添加氧化钨，以粘土、长石、碳酸钙、滑石作为烧结助剂；

(2)将上述原料球磨混合3小时后在空气中于100℃烘干24小时；

(3)采用冷等静压成型，在200～300MPa压力下保压3分钟；

(4)在硅钼炉中1350～1550℃保温0.5～3小时烧结，随炉冷却，可获得抗弯强度为300～600MPa烧结体即钨刚玉陶瓷材料。