CN106145920B - 陶瓷制备方法、陶瓷及玄武岩拉丝漏板 - Google Patents

陶瓷制备方法、陶瓷及玄武岩拉丝漏板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及陶瓷制备方法、陶瓷及玄武岩拉丝漏板。所述陶瓷制备方法，包括以下步骤：分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末；将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板；在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层；将所述陶瓷生坯板和石墨烯层热压烧结成型。采用上述陶瓷制备方法制备的陶瓷，孔隙度可控制在20％以内。该陶瓷质地均匀，不易开裂，且具有较好的耐高温性能和导电性能；另一方面，该陶瓷具有较高的强度以及很好的抗折弯和抗断裂性能，能够承受一定的载荷。鉴于此，采用该种陶瓷制备工艺可用于制作特殊工艺设备，例如用来制作玄武岩拉丝漏板的底板，来替代传统的铂铑合金制成的底板，在保证良好使用性能的同时，大大降低了生产成本。

Description

陶瓷制备方法、陶瓷及玄武岩拉丝漏板
技术领域
本发明涉及材料制造技术领域，更具体地，涉及一种陶瓷制备方法、陶瓷及玄武岩拉丝漏板。
背景技术
在先进制造技术领域，例如玄武岩纤维制造技术领域，往往对生产设备的耐高温性能、导电性能以及强度有着极高的要求。
在对玄武岩高温溶液进行拉丝的过程中，拉丝漏板需要在很高的温度下，甚至高达1200-1300℃的条件下进行作业，这就要求拉丝漏板在工作过程中具有良好的耐高温性能。
另一方面，由于玄武岩的融化温度高、粘度大且容易析晶，拉丝温度较难控制，需要对拉丝漏板的底板同时进行电加热，来保证玄武岩熔融液在拉丝过程中的温度，这就要求拉丝漏板的底板具有良好的导电性能。
再者，玄武岩熔融液通过所述拉丝漏板的底板上的漏嘴流出，在所述底板的下方通过拉丝机将熔融液拉制成玄武岩连续纤维，由于玄武岩熔融液具有较高的粘度，使得所述底板需要承受极大的拉力，这就要求所述底板具有较高的强度以及很好的抗折弯和抗断裂性能。
鉴于此，现有技术中的玄武岩拉丝楼板的底板往往通过铂铑合金来制作，以满足玄武岩纤维制造过程对拉丝漏板的底板的极高性能要求。但是，这种拉丝漏板的制作成本极高。同时，采用现有工艺制作的陶瓷漏板，又不能满足拉丝漏板的底板对耐高温性能、导电性能以及强度的极高要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够生产具有极高的耐高温性能、导电性能以及强度等优异性能的陶瓷的陶瓷制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种能够具有极高的耐高温性能、导电性能以及强度的陶瓷。
根据本发明第一方面，提供一种陶瓷制备方法，包括以下步骤：
分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末；
将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板；
在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层；
将所述陶瓷生坯板和石墨烯层热压烧结成型。
优选地，制备陶瓷生坯板包括以下步骤：
将制备的铬酸镧和添加料的粉末按照一定比例混合均匀；
将混合均匀后的粉末进行烘干；
将烘干后的粉末进行压制生成陶瓷生坯板。
优选地，在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层的步骤包括：
将制备的石墨烯粉末压制生成石墨烯生坯板，或者在所述陶瓷生坯板上布置制备的石墨烯粉末。
优选地，所述添加料包括多种金属元素。
优选地，所述金属元素包括锶、钡、钛、钇、铈和钪中的至少其中两种。
优选地，所述多种金属元素以各自氧化物的形式存在。
优选地，分别制备铬酸镧、石墨烯以及添加料的粉末的步骤包括：
分别将铬酸镧、石墨烯以及添加料的各种组份放入球磨机中，进行连续粉碎，制成超细粉。
优选地，所述超细粉的颗粒直径为1-3μm。
优选地，将制备的铬酸镧、石墨烯以及添加料的粉末按照一定比例混合均匀的步骤包括：
在制备陶瓷生坯板以及复合石墨烯层的过程中，所述铬酸镧、添加料以及石墨烯粉末按照铬酸镧粉末84-87份、添加料0.5-1以及石墨烯粉末5-7份、份的重量份数进行添加。
优选地，将混合均匀后的粉末进行烘干的步骤包括：
保持在230℃-270℃的温度下，对混合均匀后的粉末连续进行8-12小时的烘干。
优选地，将烘干后的粉末进行热压烧结的步骤包括：
将烘干后的粉末放入成型模具中，边加压，边烧结，其中所述加压的过程分为多个阶段进行，加压一段时间后解除加压压力，使得待加工件释放应力后，再行加压。
优选地，所述粉末的烧结温度为1100-1400℃。
优选地，所述铬酸镧、石墨烯和添加料的纯度为99.80-99.99％。
根据本发明的第二方面，提供一种陶瓷，所述陶瓷采用所述的陶瓷制备方法制成。
根据本发明的第三方面，提供一种玄武岩拉丝漏板，所述玄武岩拉丝漏板的底板采用所述的陶瓷制备方法制成。
采用上述陶瓷制备方法制备的陶瓷，孔隙度可控制在20％以内。该陶瓷质地均匀，不易开裂，且具有较好的耐高温性能和导电性能，甚至能够在高达1400摄氏度的条件下使用；另一方面，采用该陶瓷制备方法制备的陶瓷具有较高的强度以及很好的抗折弯和抗断裂性能，能够承受一定的载荷。鉴于此，采用该种陶瓷制备工艺可用于制作特殊工艺设备，例如用来制作玄武岩拉丝漏板的底板，来替代传统的铂铑合金制成的底板，在保证良好使用性能的同时，大大降低了生产成本。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1为根据本发明实施例的陶瓷制备方法的步骤流程图；
图2为根据本发明实施例的制备陶瓷生坯板的步骤流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
图1示出了根据本发明实施例的陶瓷制备方法的步骤。下面结合几个实施例详细的说明所述的陶瓷制备方法。
实施例一：
S1)、分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末。
在该步骤中，首先选取高纯度的各种原料，包括铬酸镧、石墨烯以及添加料，要求各种原料的纯度≥98％，优选为99.80-99.99％，以便严格控制成分配比；
然后，分别将铬酸镧、石墨烯以及添加料的各种组份放入球磨机中，进行连续粉碎，制成超细粉。优选的，所述超细粉的颗粒直径为5-25μm，更加优选为1-3μm，这样可使得制成的陶瓷质地更加均匀。
S2)、将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板。
参考图2，在该步骤中，又包括以下具体步骤：
a)、将步骤S1)中制备的铬酸镧和添加料的粉末按照铬酸镧粉末84份、添加剂粉末0.5份的重量份数掺杂并混合均匀，其中，所述添加料的各组分之间的配比关系按照实际需要进行添加；
b)、保持在230℃的温度下，对混合均匀后的粉末连续进行8小时的烘干，以去除粉末中的水分，保证严格的成分配比；
c)、将烘干后的粉末放入成型模具中进行压制，生成陶瓷生坯板。
S3)、在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层，其中所用石墨烯粉末对应所述铬酸镧粉末和添加剂粉末的重量份数为5份。
在该步骤中，一种方案是将制备的石墨烯粉末进行预压制，生成石墨烯生坯板，并将步骤S2)中制备的陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在陶瓷生坯板上叠置石墨烯坯板；另一种方案是将所述陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在所述陶瓷生坯板上直接布置制备的石墨烯粉末，形成石墨烯粉末层。
S4)、将所述陶瓷生坯板和石墨烯层1100℃的高温下，热压烧结成型。
在该步骤中，将装有陶瓷生坯板和石墨烯层的成型模具整体放置在烧结炉中，例如放置在密闭式中频感应热压烧结炉中，边加压，边烧结，其中所述加压的过程分为多个阶段进行，例如，可根据需要分成七次或者八次加压；加压一段时间后解除加压压力，使得待加工件释放应力后，再行加压，以免由于持续的加压而使得待加工件的应力来不及释放而造成待加工件开裂。
在一个实施方案中，在将烘干后的粉末进行热压烧结之前，可首先将烘干后的粉末进行造粒，然后再将造好的颗粒放入成型模具中进行热压烧结成型。
实施例二：
S1)、分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末。
在该步骤中，首先选取高纯度的各种原料，包括铬酸镧、石墨烯以及添加料，要求各种原料的纯度≥98％，优选为99.80-99.99％，以便严格控制成分配比；
然后，分别将铬酸镧、石墨烯以及添加料的各种组份放入球磨机中，进行连续粉碎，制成超细粉。优选的，所述超细粉的颗粒直径为5-25μm，更加优选为1-3μm，这样可使得制成的陶瓷质地更加均匀。
S2)、将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板。
参考图2，在该步骤中，又包括以下具体步骤：
a)、将步骤S1)中制备的铬酸镧和添加料的粉末按照铬酸镧粉末85份、添加剂粉末0.75份的重量份数掺杂并混合均匀，其中，所述添加料的各组分之间的配比关系按照实际需要进行添加；
b)、保持在240℃的温度下，对混合均匀后的粉末连续进行10小时的烘干，以去除粉末中的水分，保证严格的成分配比；
c)、将烘干后的粉末放入成型模具中进行压制，生成陶瓷生坯板。
S3)、在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层，其中所用石墨烯粉末对应所述铬酸镧粉末和添加剂粉末的重量份数为6份。
在该步骤中，一种方案是将制备的石墨烯粉末进行预压制，生成石墨烯生坯板，并将步骤S2)中制备的陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在陶瓷生坯板上叠置石墨烯坯板；另一种方案是将所述陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在所述陶瓷生坯板上直接布置制备的石墨烯粉末，形成石墨烯粉末层。
S4)、将所述陶瓷生坯板和石墨烯层1200℃的高温下，热压烧结成型。
在该步骤中，将装有陶瓷生坯板和石墨烯层的成型模具整体放置在烧结炉中，例如放置在密闭式中频感应热压烧结炉中，边加压，边烧结，其中所述加压的过程分为多个阶段进行，例如，可根据需要分成七次或者八次加压；加压一段时间后解除加压压力，使得待加工件释放应力后，再行加压，以免由于持续的加压而使得待加工件的应力来不及释放而造成待加工件开裂。
在一个实施方案中，在将烘干后的粉末进行热压烧结之前，可首先将烘干后的粉末进行造粒，然后再将造好的颗粒放入成型模具中进行热压烧结成型。
实施例三：
S1)、分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末。
在该步骤中，首先选取高纯度的各种原料，包括铬酸镧、石墨烯以及添加料，要求各种原料的纯度≥98％，优选为99.80-99.99％，以便严格控制成分配比；
然后，分别将铬酸镧、石墨烯以及添加料的各种组份放入球磨机中，进行连续粉碎，制成超细粉。优选的，所述超细粉的颗粒直径为5-25μm，更加优选为1-3μm，这样可使得制成的陶瓷质地更加均匀。
S2)、将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板。
参考图2，在该步骤中，又包括以下具体步骤：
a)、将步骤S1)中制备的铬酸镧和添加料的粉末按照铬酸镧粉末86份、添加剂粉末0.9份的重量份数掺杂并混合均匀，其中，所述添加料的各组分之间的配比关系按照实际需要进行添加；
b)、保持在250℃的温度下，对混合均匀后的粉末连续进行11小时的烘干，以去除粉末中的水分，保证严格的成分配比；
c)、将烘干后的粉末放入成型模具中进行压制，生成陶瓷生坯板。
S3)、在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层，其中所用石墨烯粉末对应所述铬酸镧粉末和添加剂粉末的重量份数为7份。
在该步骤中，一种方案是将制备的石墨烯粉末进行预压制，生成石墨烯生坯板，并将步骤S2)中制备的陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在陶瓷生坯板上叠置石墨烯坯板；另一种方案是将所述陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在所述陶瓷生坯板上直接布置制备的石墨烯粉末，形成石墨烯粉末层。
S4)、将所述陶瓷生坯板和石墨烯层1300℃的高温下，热压烧结成型。
在该步骤中，将装有陶瓷生坯板和石墨烯层的成型模具整体放置在烧结炉中，例如放置在密闭式中频感应热压烧结炉中，边加压，边烧结，其中所述加压的过程分为多个阶段进行，例如，可根据需要分成七次或者八次加压；加压一段时间后解除加压压力，使得待加工件释放应力后，再行加压，以免由于持续的加压而使得待加工件的应力来不及释放而造成待加工件开裂。
在一个实施方案中，在将烘干后的粉末进行热压烧结之前，可首先将烘干后的粉末进行造粒，然后再将造好的颗粒放入成型模具中进行热压烧结成型。
实施例四：
S1)、分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末。
在该步骤中，首先选取高纯度的各种原料，包括铬酸镧、石墨烯以及添加料，要求各种原料的纯度≥98％，优选为99.80-99.99％，以便严格控制成分配比；
然后，分别将铬酸镧、石墨烯以及添加料的各种组份放入球磨机中，进行连续粉碎，制成超细粉。优选的，所述超细粉的颗粒直径为5-25μm，更加优选为1-3μm，这样可使得制成的陶瓷质地更加均匀。
S2)、将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板。
参考图2，在该步骤中，又包括以下具体步骤：
a)、将步骤S1)中制备的铬酸镧和添加料的粉末按照铬酸镧粉末87份、添加剂粉末1份的重量份数掺杂并混合均匀，其中，所述添加料的各组分之间的配比关系按照实际需要进行添加；
b)、保持在270℃的温度下，对混合均匀后的粉末连续进行12小时的烘干，以去除粉末中的水分，保证严格的成分配比；
c)、将烘干后的粉末放入成型模具中进行压制，生成陶瓷生坯板。
S3)、在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层，其中所用石墨烯粉末对应所述铬酸镧粉末和添加剂粉末的重量份数为7份。
在该步骤中，一种方案是将制备的石墨烯粉末进行预压制，生成石墨烯生坯板，并将步骤S2)中制备的陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在陶瓷生坯板上叠置石墨烯坯板；另一种方案是将所述陶瓷生坯板放入成型模具中，然后在所述陶瓷生坯板上直接布置制备的石墨烯粉末，形成石墨烯粉末层。
S4)、将所述陶瓷生坯板和石墨烯层1400℃的高温下，热压烧结成型。
在该步骤中，将装有陶瓷生坯板和石墨烯层的成型模具整体放置在烧结炉中，例如放置在密闭式中频感应热压烧结炉中，边加压，边烧结，其中所述加压的过程分为多个阶段进行，例如，可根据需要分成七次或者八次加压；加压一段时间后解除加压压力，使得待加工件释放应力后，再行加压，以免由于持续的加压而使得待加工件的应力来不及释放而造成待加工件开裂。
在一个实施方案中，在将烘干后的粉末进行热压烧结之前，可首先将烘干后的粉末进行造粒，然后再将造好的颗粒放入成型模具中进行热压烧结成型。
在上述的实施例一至实施例四中，所述添加料包括多种金属元素，例如锶、钡、钛、钇、铈和钪中的至少其中两种。所述多种金属元素以各自氧化物的形式存在，例如氧化锶、一氧化钡、二氧化钛、氧化钇、二氧化铈以及三氧化二钪。所述添加料能够增加陶瓷的高温热稳定性以及导电性，同时还能起到细化晶粒的作用。
采用上述陶瓷制备方法制备的陶瓷，孔隙度可控制在20％以内。该陶瓷质地均匀，不易开裂，且具有较好的耐高温性能和导电性能，甚至能够在高达1400摄氏度的条件下使用；另一方面，采用该陶瓷制备方法制备的陶瓷具有较高的强度以及很好的抗折弯和抗断裂性能，能够承受一定的载荷。鉴于此，采用该种陶瓷制备工艺可用于制作特殊工艺设备，例如用来制作玄武岩拉丝漏板的底板，来替代传统的铂铑合金制成的底板，在保证良好使用性能的同时，大大降低了生产成本。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种陶瓷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别制备铬酸镧、石墨烯和添加料的粉末；
将制备的铬酸镧和添加料的粉末制成陶瓷生坯板；
在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层；
将所述陶瓷生坯板和石墨烯层热压烧结成型，
所述添加料包括多种金属元素，所述金属元素包括锶、钡、钛、钇、铈和钪中的至少其中两种，所述多种金属元素以各自氧化物的形式存在，
其中，将制备的铬酸镧、石墨烯以及添加料的粉末按照一定比例混合均匀的步骤包括，
在制备陶瓷生坯板以及复合石墨烯层的过程中，所述铬酸镧、添加料以及石墨烯粉末按照铬酸镧粉末84-87份、添加料0.5-1以及石墨烯粉末5-7份的重量份数进行添加。
2.根据权利要求1所述的陶瓷制备方法，其特征在于，制备陶瓷生坯板包括以下步骤：
将制备的铬酸镧和添加料的粉末按照一定比例混合均匀；
将混合均匀后的粉末进行烘干；
将烘干后的粉末进行压制生成陶瓷生坯板。
3.根据权利要求1所述的陶瓷制备方法，其特征在于，在制备的陶瓷生坯板上复合石墨烯层的步骤包括：
将制备的石墨烯粉末压制生成石墨烯生坯板，或者在所述陶瓷生坯板上布置制备的石墨烯粉末。
4.根据权利要求1所述的陶瓷制备方法，其特征在于，分别制备铬酸镧、石墨烯以及添加料的粉末的步骤包括：
分别将铬酸镧、石墨烯以及添加料的各种组份放入球磨机中，进行连续粉碎，制成超细粉。
5.根据权利要求4所述的陶瓷制备方法，其特征在于，所述超细粉的颗粒直径为1-3μm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷制备方法，其特征在于，将混合均匀后的粉末进行烘干的步骤包括：
保持在230℃-270℃的温度下，对混合均匀后的粉末连续进行8-12小时的烘干。
7.根据权利要求1所述的陶瓷制备方法，其特征在于，将烘干后的粉末进行热压烧结的步骤包括：
将烘干后的粉末放入成型模具中，边加压，边烧结，其中所述加压的过程分为多个阶段进行，加压一段时间后解除加压压力，使得待加工件释放应力后，再行加压。
8.根据权利要求7所述的陶瓷制备方法，其特征在于，所述粉末的烧结温度为1100-1400℃。
9.根据权利要求1所述的陶瓷制备方法，其特征在于，所述铬酸镧、石墨烯和添加料的纯度为99.80-99.99％。
10.一种陶瓷，其特征在于，所述陶瓷采用权利要求1-9任一项所述的陶瓷制备方法制成。
11.一种玄武岩拉丝漏板，其特征在于，所述玄武岩拉丝漏板的底板采用权利要求1-9任一项所述的陶瓷制备方法制成。
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