CN111807828A - 一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法 - Google Patents

一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111807828A
CN111807828A CN202010648199.4A CN202010648199A CN111807828A CN 111807828 A CN111807828 A CN 111807828A CN 202010648199 A CN202010648199 A CN 202010648199A CN 111807828 A CN111807828 A CN 111807828A
Authority
CN
China
Prior art keywords
density
purity
grinding
biscuit
pressing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010648199.4A
Other languages
English (en)
Inventor
谭寿洪
陆幸根
周泳
王鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Hengyi Special Ceramics New Material Co ltd
Original Assignee
Shanghai Hengyi Special Ceramics New Material Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Hengyi Special Ceramics New Material Co ltd filed Critical Shanghai Hengyi Special Ceramics New Material Co ltd
Priority to CN202010648199.4A priority Critical patent/CN111807828A/zh
Publication of CN111807828A publication Critical patent/CN111807828A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C04B35/443—Magnesium aluminate spinel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62695—Granulation or pelletising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581—Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷的制备方法，其特征在于；将亚微米级高纯镁铝尖晶石制备成浆料；用喷雾干燥造粒方法获得不同球径的造粒粉；用干压、等静压或干压+等静压成型方法制备高密度的素坯；在真空热压炉中采用等温等压双控技术，将高密度的素坯烧结成相对密度大于99.9％以上的烧结体；再经热处理和双面粗、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。本发明由于不采用高温热等静压工艺，因此，更适合大尺寸、批量大、低成本制备镁铝尖晶石透明陶瓷制品，所制备的制品具有致密度高、红外到紫外波段透过率达80％以上、且强度好、抗腐蚀性等特点可用于天线罩、各种窗口材料等等领域得到广泛应用。

Description

一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法
技术领域
本发明涉及透明陶瓷制品制备技术领域，具体涉及一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，尤其是针对大尺寸的镁铝尖晶石透明陶瓷制品的低成本和量化生产工艺。
背景技术
镁铝尖晶石透明陶瓷具有高硬度、高强度、抗冲击、耐腐蚀、耐磨损、良好的电绝缘性能等特点。在紫外、可见光、红外光波段均具有良好的光学透过率，并具有各向同性的特性。因此，镁铝尖晶石透明陶瓷在许多领域有广阔的应用前景。但是，目前现有技术制备高性能的镁铝尖晶石透明陶瓷制品时，几乎都是采用纳米粉体烧结法来制备，很难将坯体中小气孔排除，从而影响制品的透明度。因此，需要借助高温热等静压工艺，以促进坯体中小气孔的排除，但高温热等静压的配套设备昂贵、使产品制造成本颇高、不易批量化生产、且制品尺寸受到限制等因素，从而严重限制了镁铝尖晶石陶瓷的应用范围。目前仅仅集中在军用及性能要求较高的航空航天领域,例如高强度、大尺寸透明陶瓷制品在透明装甲、窗口和头罩等方面有少量应用。总之，因其制造成本高而得不到广泛的应用。
目前，有关镁铝尖晶石透明陶瓷的相关专利申请，主要集中在镁铝尖晶石粉体的制备和烧结致密化方法，其中镁铝尖晶石粉体的制备包括：将镁的无机盐与含铝的无机盐按Al2O3:MgO的物质溶解在水中，混合均匀-干燥脱水得-煅烧处理，即得到高纯镁铝尖晶石纳米粉体；氧化镁粉体和α-氧化铝粉体加入混合球磨-经高温固相反应-得到；通过场致快速合-MgAlON陶瓷粉体等方法合成出高烧结活性的纳米级镁铝尖晶石粉体等；烧结致密化方法包括：将高烧结活性的纳米级镁铝尖晶石粉体经过干压-等静压成型-热压烧结成相对密度95％以上的坯体-再进一步用高温热等静压方法制备成相对密度99.8％以上高致密度镁铝尖晶石透明陶瓷，有些方案还会在干压前将稀土元素氧化物作为烧结助剂与镁铝尖晶石粉体混合，以促进致密化过程和气孔排除。
从目前已有的国内外专利和文献报道来看，目前几乎均采用纳米级镁铝尖晶石粉体制备透明陶瓷。由于纳米级镁铝尖晶石粉体颗粒细小，虽然具有高烧结活性，但很难压制成高密度的素坯，素坯中存在大量的气孔，而且纳米粒子烧结中期很难把这些小气孔去除，这对后续致密化造成严重影响，尤其是烧结中后期，更难将残留气孔完全排除，从而影响制品的透明度。因此，用纳米级镁铝尖晶石粉体制备高透明度镁铝尖晶石透明陶瓷工艺中,不得不用高温热等静压方法进一步把残留小气孔排除，使相对密度提高到99.9％以上。因此，导致高透明度镁铝尖晶石透明陶瓷制品的技术难度和制备成本大幅度提高，严重影响了镁铝尖晶石透明陶瓷的应用范围。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，主要用于实现大尺寸、高致密和高透明度的镁铝尖晶石透明陶瓷的批量化和低成本制造。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，其包括如下步骤：
S1：将亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体分散于溶剂中，制备成浆料；
S2：将所述浆料用喷雾干燥造粒方法获得不同球径的造粒粉；
S3：将所述造粒粉按照球径的不同进行分选分级，得到两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉；
S4：将所述两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉进行级配，找到能获得最大堆积密度的级配比例，以该级配比例将不同球径区间等级的造粒粉进行混合，并压制成型高密度的素坯；
S5：将所述高密度的素坯放入真空热压炉中用等温等压双控技术烧结成相对密度大于99.9％以上的烧结体；
S6：将所述烧结体放入氧化气氛的加热炉中热处理，以消除开口气孔和渗进的碳；
S7：将热处理过的烧结体，再经过双面粗磨、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S1中，所述亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体是高纯镁铝尖晶石相，纯度达99.9％以上，铝镁比为0.95-1.6，有害杂质控制在ppm级；5微米以上的大颗粒含量为0。所述亚微米材料，中值粒径D50为0.2-0.9μm。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S1中，所述浆料中含有：亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体、纯氧化铝球、无水酒精或丙酮、助烧剂、分散剂、粘接剂和消泡剂。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S1中，所述浆料的制备方法为：将40-60质量份的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体和外加15-25质量份的纯氧化铝球加到无水酒精或丙酮中，再加入粘接剂、助烧剂、消泡剂和分散剂，一同在容器中充分搅拌或超声分散或搅拌并辅助超声分散后，获得分散性好、无团聚的固含量为40％-55％亚微米级高纯镁铝尖晶石浆料。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S1中，所述浆料中，所述助烧剂、粘接剂、消泡剂、分散剂的用量分别占所述浆料质量的0-0.5wt％、0.1-0.5wt％、0.01-0.03wt％、0.01-0.5wt％。最终，各组分的添加量使制成的浆料pH值控制在7.5-8、粘度为50-100Pa.s。当助烧剂用量取值为0时，表示该浆料中不加入助烧剂。
分散剂是为了加强分散度，提高浆料的均匀性，减少团聚现象。其中，消泡剂用于消除浆料内部的气泡，有利于在喷雾干燥造粒中获得球粒形状和球径较为均匀的造粒粉，减少大量细碎粉粒的产生。无水酒精或丙酮用作制浆的溶剂。助烧剂用于促进造粒粉压制的素坯在烧结和热处理过程中更致密化和气孔排除，提高陶瓷制品的透过率。粘结剂主要作用是用于造粒和素坯的压制成型，使分散的颗粒有合适的粘性，在喷雾干燥造粒时可形成大小不等的球型，通过级配后提高压坯的成型性和素坯密度。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S1中，所述纯氧化铝球为纯度99.9％高纯氧化铝球；所述助烧剂为高纯锂、钙和其他稀土氧化物中一种或几种(助烧剂也可不添加)；所述粘结剂为高纯聚乙烯醇或高纯聚乙烯醇缩丁醛脂中一种或两种；所述消泡剂为辛醇消泡剂；所述分散剂为高纯有机碱分散剂。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S2中，所述获得不同球径的造粒粉的方法为：采用气氛保护的防爆式压力式或离心式喷雾干燥造粒机，将所述浆料喷雾干燥造粒；所述喷雾干燥造粒机的进口和出口温度分别控制在150-210℃、85-95℃，由此获得球径在20-150微米的造粒粉。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S3中，对步骤S2得到不同球径的造粒粉使用分筛机将造粒粉进行分选分级，或者使用风力悬浮法进行分选分级，得到两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S4中，可借助采用填砂法或振实级配仪找到最佳堆密度的造粒粉的级配比例。步骤S3中，所述不同球径区间等级包括三种不同球径区间等级：球径为120-150μm的第一级、球径为60-90μm的第二级、球径为20-40μm的第三级；在步骤S4中用于压制成型高密度的素坯的混合比例为质量比为3：2：5。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S4中压制成型高密度的素坯的方法为：将按照所述配合比例混合的不同球径区间等级的造粒粉放进模具中用干压、等静压或干压+等静压压成型方法制备高密度的素坯；其中，当单纯采用干压成型方法时，采用100-150MPa压力双向加压方式制备高密度的素坯；当采用干压+等静压压成型方法时，先用60MPa以上干压初步成型后，再用冷等静压在200-300MPa压力下，制备高密度的素坯。这两种方法制备的高密度的素坯，相对密度分别可达40％至55％理论密度以上。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S5的过程为：将高密度的素坯放入真空热压炉中的石墨模具中，石墨模具置于真空热压炉的恒温区，用等温等压双控技术烧结成相对密度大于99.9％以上的烧结体；烧结温度1550-1750℃、压力为20-45MPa，真空度不低于10- 3Pa。
其中，所述真空热压炉的发热方式为钨丝、石墨棒或感应发热方式中一种；真空度为10-3Pa以上；压力调节区间为0-700T、无级调控；温度调节区间为室温至2000℃、无级调控。炉腔有效面积为1200x800mm，恒温区在500mm以上，炉腔恒温区温度均匀度为±5℃。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S6中，将所述烧结体放入氧化气氛的炉中热处理，在炉中经1050-1250℃，热处理10-15h，以消除开口气孔和渗进的碳。其中，所述炉体内部的温度可从室温至1400℃之间无级调控；炉腔温度均匀度为±5℃。
根据本发明较佳实施例，其中：步骤S7中，采用砂轮或磨盘进行双面粗磨、细磨、抛光过程；所述砂轮或磨盘为碳化硅颗粒或金刚钻磨料颗粒制成；其中，用于粗磨的砂轮或磨盘，其所用的碳化硅或金刚钻磨料的目数分别为W10、120目，用于细磨的砂轮或磨盘，其所用的碳化硅或金刚钻磨料的目数分别为W3、240目；抛光用粒径0.1μm-0.5μm的金刚钻研磨胶；经双面粗磨、细磨，抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品表面的光洁度达Ra0.1μm镜面级以上。
(三)有益效果
(1)本发明采用亚微米高纯镁铝尖晶石粉体制备透明陶瓷，相较于现有技术采用纳米高纯镁铝尖晶石粉体，本发明的工艺过程更简单、原料易得性好、高纯亚微米级镁铝尖晶石粉体可以自制或市场采购，可降低制品的制造成本。
(2)本发明在对素坯进行烧结过程中，采用真空热压等温等压双控技求制备透明陶瓷，与现有技术采用无压或热压预烧结后再用高温热等静压方法相比，本发明可大大降低透明陶瓷的制造成本，且透明陶瓷制品的尺寸不再受限于昂贵的“高温热等静压的配套设备”。
(3)本发明以亚微米高纯镁铝尖晶石粉体为原料制浆，采用喷雾干燥造粒方法造粒、干压或干压加冷等静方法茯得高致的素坯，再用热压烧结制备透明陶瓷，与现有技术相比具有工艺简单、成本低、适合批量化制备大尺寸镁铝尖晶石透明陶瓷制品。
(4)本发明的镁铝尖晶石透明陶瓷制品的尺寸可根据需求设计和生产制备,且可以实现一炉多片烧结,实现批量化生产。
因此，本发明的工艺方法适合于大批量、低成本地制备镁铝尖晶石透明陶瓷制品，且制备的透明陶瓷产品具有致密度高、红外到紫外波段透过率达80％以上、强度好、抗腐蚀性等特点，因此可广泛地用于天线罩、各种有严格要求的视窗材料。
附图说明
图1为本发明镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提出一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，主要是以亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体为原料，首先分散到溶剂中，消除粉体中硬团聚以制得浆料；然后将该浆料采用喷雾干燥造粒法制成不同球径大小的造粒粉，将造粒粉按照球径不同进行分选分级，得不同球径区间等级的造粒粉；以不同球径区间等级的造粒粉进行堆积密度测试，找到可获得最大堆积密度的配合比例，然后以该级配比例混配这些不同球径区间等级的造粒粉；将混配好的造粒粉装入模具用干压或等静压成型致密化素坯，采用压力温度双控热压烧结枝术把高密度的素坯烧结成相对密度99.9％以上的高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷材料，经氧化气氛热处理以消除开口气孔和渗进的碳；再经过双面粗、细磨、抛光加工后获得高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。
如图1所示，本发明的镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法的流程图，具体包括如下步骤：
S1：将亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体分散于溶剂中，制备成浆料；
S2：将所述浆料用喷雾干燥造粒方法获得不同球径的造粒粉；
S3：将所述造粒粉按照球径的不同进行分选分级，得到两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉；
S4：将所述两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉进行级配，找到能获得最大堆积密度的级配比例，以该级配比例将不同球径区间等级的造粒粉进行混合，并压制成型高密度的素坯；
S5：将所述高密度的素坯放入真空热压炉中用等温等压双控技术烧结成相对密度大于99.9％以上的烧结体；
S6：将所述烧结体放入氧化气氛的加热炉中热处理，以消除开口气孔和渗进的碳；
S7：将热处理过的烧结体，再经过双面粗磨、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案和技术效果进行说明。
实施例1
本实施例提供一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，包括：
(1)将市场购进的、合成完全的铝镁比n＝1亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体制备成浆料，配制方法为：
将50质量份的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体、70质量份无水酒精溶剂，再外加20质量份的99.9％高纯氧化铝球，在搅拌磨中搅拌10小时后获得分散性好、无团聚的固含量50wt％以上的亚微米级高纯镁铝尖晶石浆料；其中，外加四甲基氢氧化氨分散剂0.5wt％、高纯聚乙烯醇粘接剂0.5wt％、0.01wt％辛醇消泡剂。
其中，亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体是高纯镁铝尖晶石相，粒径为0.20～0.60μm，纯度达99.9％以上，有害杂质控制在ppm级；中值粒径D50为0.30μm，2μm以上的大颗粒含量为0。
(2)将亚微米级高纯镁铝尖晶石的浆料用防爆式压力式喷雾干燥造粒机进行喷雾造粒，获得不同球径的造粒粉，喷雾干燥造粒机的进口和出口温度分别控制在180℃，88℃。由此，获得20-150微米不同球径的造粒粉，用分筛机将造粒粉分级，分成120-150μm、60-90μm、20-40μm的三种不同球径级别的造粒粉。
(3)按3：2：5的质量比将上述三种不同球径的造粒粉混合，装入模具中，用150MPa双向加压方成型制成密度达45％理论密度的素坯。
(4)将上述素坯放入真空热压炉中，用等温等压双控技术,在1600℃、30MPa下烧结5小时,把素坯烧结成相对密度在99.9％以上的烧结体。然后，将该烧结体置于氧化气氛的炉中1200℃下热处理8h，以消除开口气孔和渗进的碳。其中，所述炉体内部的温度可从室温至1400℃之间无级调控；炉腔温度均匀度为±5℃。
(5)热处理烧结体经过双面粗磨、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。粗磨磨盘的金刚钻磨料的目数分别为W10、120目，细磨磨盘的金刚钻磨料的目数分别为W3、240目；抛光用粒径0.1μm-0.5μm的金刚钻研磨胶，最后制品表面的光洁度达Ra 0.1μm镜面级以上。
上述制得的镁铝尖晶石透明陶瓷制品的密度为3.58g/cm3；弯曲强度200MPa；硬度：1700H努；透光性：＞81％(2-7μm)，(λ：1900-6000nm)；上述镁铝尖晶石透明陶瓷制品的尺寸可根据实际需求生产制备，还可实现一炉多片烧结。
实施例2
本实施例提供一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，包括：
(1)将市场购进的、合成完全的铝镁比n＝1.2、D50＝0.2微米的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体制备成浆料，配制方法为：
将50质量份的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体、70质量份无水酒精溶剂，再外加20质量份的99.9％高纯氧化铝球，在搅拌磨中搅拌10小时后获得分散性好、无团聚的固含量50wt％以上的亚微米级高纯镁铝尖晶石浆料；其中，外加四甲基氢氧化氨分散剂0.2wt％、高纯聚乙烯醇粘接剂0.5wt％、0.01wt％辛醇消泡剂。
其中，亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体是高纯镁铝尖晶石相，粒径为0.3μm～1.0μm，纯度达99.9％以上，有害杂质控制在ppm级；5微米以上的大颗粒含量为0。
(2)将亚微米级高纯镁铝尖晶石的浆料用防爆式压力式喷雾干燥造粒机进行喷雾造粒，获得不同球径的造粒粉，喷雾干燥造粒机的进口和出口温度分别控制在160-170℃，90-92℃。由此，获得20-150微米不同球径的造粒粉，用分筛机将造粒粉分级，分成120-150μm、60-90μm、20-40μm的三种不同球径级别的造粒粉。
(3)按3：2：5的质量比将上述三种不同球径的造粒粉混合，装入模具中，用150MPa双向加压方成型制成密度达55％理论密度的素坯。
(4)将上述素坯放入真空热压炉中，用等温等压双控技术,在1650℃、30MPa下烧结6小时,把素坯烧结成相对密度在99.9％以上的烧结体。然后，将该烧结体置于氧化气氛的炉中1200℃下热处理6h，以消除开口气孔和渗进的碳。其中，所述炉体内部的温度可从室温至1300℃之间无极调控；炉腔温度均匀度为±5℃。
(5)热处理烧结体经过双面粗磨、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。粗磨磨盘的金刚钻磨料的目数分别为W10、120目，细磨磨盘的金刚钻磨料的目数分别为W3、240目，；抛光用粒径0.1μm-0.5μm的金刚钻研磨胶，最后制品表面的光洁度达Ra0.1μm镜面级以上。
上述制得的镁铝尖晶石透明陶瓷制品的密度为3.59g/cm3；弯曲强度210MPa；硬度：1700H努；透光性：＞80％(2-7μm)，(λ:1900-6000nm)；上述镁铝尖晶石透明陶瓷制品的尺寸可根据需求进行制备，还能实现一炉多片烧结。
实施例3
本实施例提供一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，包括：
(1)自行用硫酸镁和r-氧化铝在1100℃下合成完全的、铝镁比n＝1，D50＝0.5微米的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体。
(2)将上述亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体制备成浆料，配制方法为：
将50质量份的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体、70质量份的无水酒精溶剂，再外加20质量份的99.9％高纯氧化铝球，在搅拌磨中搅拌10小时后获得分散性好、无团聚的固含量50wt％以上的亚微米级高纯镁铝尖晶石浆料；其中，外加助烧剂氧化钙0.5wt％、四甲基氢氧化氨分散剂0.5wt％、高纯聚乙烯醇粘接剂0.5wt％、0.02wt％辛醇消泡剂。
其中，亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体是高纯镁铝尖晶石相，粒径为0.2μm～1.0μm，纯度达99.9％以上，有害杂质控制在ppm级；5微米以上的大颗粒含量为0。
(2)将亚微米级高纯镁铝尖晶石的浆料采用离心式喷雾干燥造粒机进行喷雾造粒，获得不同球径的造粒粉，喷雾干燥造粒机的进口和出口温度分别控制在150-155℃，85-88℃。由此，获得20-150微米不同球径的造粒粉，用分筛机将造粒粉分级，分成120-150μm、60-90μm、20-40μm的三种不同球径级别的造粒粉。
(3)按3：2：5的质量比将上述三种不同球径的造粒粉混合，装入模具中，用150MPa双向加压方成型制成密度达50％理论密度的素坯。
(4)将上述素坯放入真空热压炉中，用等温等压双控技术,在1650℃、30MPa下烧结5小时,把素坯烧结成相对密度在99.9％以上的烧结体。然后，将该烧结体置于氧化气氛的炉中1200℃下热处理5h，以消除开口气孔和渗进的碳。其中，所述炉体内部的温度可从室温至1300℃之间无极调控；炉腔温度均匀度为±5℃。
(5)热处理烧结体经过双面粗磨、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。粗磨磨盘的金刚钻磨料的目数分别为W10、120目，细磨磨盘的金刚钻磨料的目数分别为W3、240目，；抛光用粒径0.1μm-0.5μm的金刚钻研磨胶，最后制品表面的光洁度达Ra0.1μm镜面级以上。
上述制得的镁铝尖晶石透明陶瓷制品的密度为3.59g/cm3；弯曲强度210MPa；硬度：1700H努；透光性：＞83％(2-7μm)，(λ:1900-6000nm)；上述镁铝尖晶石透明陶瓷制品的尺寸可根据需求进行制备，还能实现一炉多片烧结。助烧剂的添加，可促进造粒粉压制的素坯在烧结和热处理过程中更致密化和气孔排除，提高陶瓷制品的透过率。
本发明适合于大批量、低成本制备镁铝尖晶石透明陶瓷制品，产品具有致密度高、红外到紫外波段透过率高、强度好、抗腐蚀性等特点；可用于天线罩、各种窗口材料，可望在核反应堆壁材料、低压高频电容感应线圈骨架、光纤及光纤传感器、光学计算机部件、高档手表、精密仪表的壳体以及镜面，各种护目镜片等等领域得到广泛应用。
本发明可用亚微米级高纯镁铝尖晶石而不用纳米级原料；可用常规陶瓷工艺制备成大尺寸的制品；可用真空热压炉中用等温等压双控技术而不用价格昂贵的高温热静压设备；制备成高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品等等特点。因此,本发明适合于大批量、低成本制备镁铝尖晶石透明陶瓷制品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：将亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体分散于溶剂中，制备成浆料；
S2：将所述浆料用喷雾干燥造粒方法获得不同球径的造粒粉；
S3：将所述造粒粉按照球径的不同进行分选分级，得到两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉；
S4：将所述两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉进行级配，并找到能获得最大堆积密度的级配比例，以该级配比例将不同球径区间等级的造粒粉进行混合，并压制成型高密度的素坯；
S5：将所述高密度的素坯放入真空热压炉中用等温等压双控技术烧结成相对密度大于99.9％以上的烧结体；
S6：将所述烧结体放入氧化气氛的加热炉中热处理，以消除开口气孔和渗进的碳；
S7：将热处理过的烧结体，再经过双面粗磨、细磨、抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体是高纯镁铝尖晶石相，纯度达99.9％以上，铝镁比为0.95-1.6，有害杂质控制在ppm级；中值粒径D50为0.2-0.9μm，5微米以上的大颗粒含量为0。
步骤S1中，所述浆料中含有：亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体、纯氧化铝球、无水酒精或丙酮、助烧剂、分散剂、粘接剂和消泡剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述浆料的制备方法为：将40-60质量份的亚微米级高纯镁铝尖晶石粉体和15-25质量份的纯氧化铝球加到无水酒精或丙酮中，外加分散剂、助烧剂、粘接剂和消泡剂，一同在容器中充分搅拌或超声分散或搅拌并辅助超声分散后，获得分散性好、无团聚的固含量为40％-55％亚微米级高纯镁铝尖晶石浆料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述浆料中，所述助烧剂、粘接剂、消泡剂、分散剂的用量分别占所述浆料质量的0-0.5wt％、0.1-0.5wt％、0.01-0.03wt％、0.01-0.5wt％。
步骤S1中，所述纯氧化铝球为纯度99.9％高纯氧化铝球；所述助烧剂为高纯锂、钙和稀土氧化物中一种或几种；所述粘结剂为高纯聚乙烯醇或高纯聚乙烯醇缩丁醛脂中一种或两种；所述消泡剂为辛醇消泡剂；所述分散剂为高纯有机碱分散剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述获得不同球径的造粒粉的方法为：采用气氛保护的防爆式压力式或离心式喷雾干燥造粒机，将所述浆料喷雾干燥造粒；所述喷雾干燥造粒机的进口和出口温度分别控制在150-210℃、85-95℃，由此获得球径在20-150微米的造粒粉。
步骤S3中，对步骤S2得到不同球径的造粒粉使用分筛机将造粒粉进行分选分级，或者使用风力悬浮法进行分选分级，得到两种或两种以上不同球径区间等级的造粒粉。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，找到能获得最大堆积密度的级配比例的方法为:采用填砂法，将各级造粒粉按不同比例混合，进行密度试验，找到堆积密度最大的级配比例，试验方法如下：先假定一个级配比例，分别测定捣实状态的密度，根据密度大小的变化趋势，不断调整级配比例，直到获得这些试验中的最大堆积密度，并将该堆积密度对应的级配比例作为压制成型高密度的素坯的混合比例；或者采用振动级配仪找到最佳级配比例。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述不同球径区间等级包括三种不同球径区间等级：球径为120-150μm的第一级、球径为60-90μm的第二级、球径为20-40μm的第三级；在步骤S4中用于压制成型高密度的素坯的混合比例为质量比3：2：5。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中压制成型高密度的素坯的方法为：将按照所述配合比例混合的不同球径区间等级的造粒粉放进模具中用干压、等静压或干压+等静压压成型方法制备高密度的素坯；其中，当单纯采用干压成型方法时，采用100-150MPa压力双向加压方式制备高密度的素坯；当采用干压+等静压成型方法时，先用60MPa以上干压初步成型后,再用冷等静压在200-300MPa压力下，制备高密度的素坯。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5的过程为：将高密度的素坯放入真空热压炉中的石墨模具中，石墨模具置于真空热压炉的恒温区，用等温等压双控技术烧结成相对密度大于99.9％以上的烧结体；烧结温度1500-1750℃、压力为20-45MPa，真空度不低于10-3Pa。
步骤S6中，将所述烧结体放入氧化气氛的炉中热处理，在炉中经1050-1250℃，热处理10-15h，以消除开口气孔和渗进的碳。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中，采用砂轮或磨盘进行双面粗磨、细磨、抛光过程；所述砂轮或磨盘为碳化硅颗粒或金刚钻磨料颗粒制成；其中，用于粗磨的砂轮或磨盘，其所用的碳化硅或金刚钻磨料的目数分别为W10、120目，用于细磨的砂轮或磨盘，其所用的碳化硅或金刚钻磨料的目数分别为W3、240目；抛光用粒径0.1μm-0.5μm的金刚钻研磨胶；经双面粗磨、细磨，抛光后得到高致密度的镁铝尖晶石透明陶瓷制品表面的光洁度达Ra 0.1μm镜面级以上。
CN202010648199.4A 2020-07-07 2020-07-07 一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法 Pending CN111807828A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010648199.4A CN111807828A (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010648199.4A CN111807828A (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111807828A true CN111807828A (zh) 2020-10-23

Family

ID=72842843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010648199.4A Pending CN111807828A (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111807828A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114751755A (zh) * 2022-04-21 2022-07-15 陕西固勤材料技术有限公司 一种碳化硅素胚及其制备方法
CN115010472A (zh) * 2022-06-06 2022-09-06 河北盛火新材料科技有限公司 高端铸造用高抗裂高耐蚀浇道管及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4930731A (en) * 1987-05-06 1990-06-05 Coors Porcelain Company Dome and window for missiles and launch tubes with high ultraviolet transmittance
US5152940A (en) * 1988-03-09 1992-10-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of producing a light-transmitting spinel sintered body
CN1962538A (zh) * 2006-11-24 2007-05-16 四川大学 镁铝尖晶石纳米透明陶瓷的制备方法
US20080164626A1 (en) * 2007-01-09 2008-07-10 Jose Zimmer Method for the production of optical elements and optical elements
CN101265082A (zh) * 2008-04-24 2008-09-17 烁光特晶科技有限公司 一种透明镁铝尖晶石陶瓷的制备方法
US20100171075A1 (en) * 2009-01-08 2010-07-08 Los Alamos National Security, Llc Scintillator having a MgAl2O4 host lattice
US20150344372A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Transparent spinel ceramics and method for the production thereof
CN108640672A (zh) * 2018-06-07 2018-10-12 武汉理工大学 一种镁铝尖晶石透明陶瓷的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4930731A (en) * 1987-05-06 1990-06-05 Coors Porcelain Company Dome and window for missiles and launch tubes with high ultraviolet transmittance
US5152940A (en) * 1988-03-09 1992-10-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of producing a light-transmitting spinel sintered body
CN1962538A (zh) * 2006-11-24 2007-05-16 四川大学 镁铝尖晶石纳米透明陶瓷的制备方法
US20080164626A1 (en) * 2007-01-09 2008-07-10 Jose Zimmer Method for the production of optical elements and optical elements
CN101265082A (zh) * 2008-04-24 2008-09-17 烁光特晶科技有限公司 一种透明镁铝尖晶石陶瓷的制备方法
US20100171075A1 (en) * 2009-01-08 2010-07-08 Los Alamos National Security, Llc Scintillator having a MgAl2O4 host lattice
US20150344372A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Transparent spinel ceramics and method for the production thereof
CN108640672A (zh) * 2018-06-07 2018-10-12 武汉理工大学 一种镁铝尖晶石透明陶瓷的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张长森: "《粉体技术及设备》", 31 January 2007, 华东理工大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114751755A (zh) * 2022-04-21 2022-07-15 陕西固勤材料技术有限公司 一种碳化硅素胚及其制备方法
CN115010472A (zh) * 2022-06-06 2022-09-06 河北盛火新材料科技有限公司 高端铸造用高抗裂高耐蚀浇道管及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104829218B (zh) 一种双峰活性氧化铝微粉及其制备方法
CN109400123B (zh) 一种细晶氧化铝陶瓷及其制备方法和应用
CN105294138A (zh) 一种双峰氧化铝微粉及其制备方法
CN111807828A (zh) 一种低成本镁铝尖晶石透明陶瓷制品的制备方法
CN108794016B (zh) 一种高红外透过率AlON透明陶瓷的快速制备方法
JPH01230478A (ja) 均質窒化珪素焼結体およびその製造方法
CN112299861B (zh) 一种AlON透明陶瓷伪烧结剂与应用及透明陶瓷的制备方法
CN113214790B (zh) 一种空心氧化铝球基复合磨料及其制备方法、磨具
CN111777415B (zh) 一种碳化硼防弹材料及其制备方法
CN108395220A (zh) 一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法
CN111470871A (zh) 基于3d打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法
CN1259281C (zh) 氮化硅－氮化硼－二氧化硅陶瓷透波材料及其制备方法
CN115536377A (zh) 一种黑滑石矿质微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN110627504A (zh) 碳化硼复合材料的无压烧结制备方法
KR102286850B1 (ko) 기계적 물성과 단열성이 우수한 다공성 세라믹 및 이의 제조방법
CN112521177A (zh) 一种低熔点多孔陶瓷材料及其制备方法
CN108546131B (zh) 氮化硅多孔陶瓷的制备方法
CN109053192B (zh) 一种MgAlON透明陶瓷粉体的制备方法
CN104086183B (zh) 一种气孔率可控多孔Si3N4的制备方法
JPS60231462A (ja) 研摩材料および製法
KR101174622B1 (ko) 납석을 이용한 뮬라이트 합성방법
CN115070626A (zh) 一种超精密磨削砂轮及其制造方法
CN113979765A (zh) 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法
CN101337808B (zh) 陶瓷膜支撑体用α-氧化铝粉制备工艺
JP2558849B2 (ja) 透明な酸窒化アルミニウム複合焼結体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination