專利名稱：低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料及其制備方法和使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)和民用陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料，并且還涉及該材料的制備方法和由該方法所制備的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
如業(yè)界所知之理，搪瓷、陶瓷和玻璃等等均屬于普通硅酸鹽材料，以搪瓷材料為例，在工業(yè)搪瓷設(shè)備如搪瓷反應(yīng)釜攪拌裝置等的生產(chǎn)過程中，由于搪瓷材料配方?jīng)Q定了其自身的脆性大，因而迄今為止對(duì)鋼板兩面搪的問題始終無(wú)法解決，進(jìn)而直接造成了搪瓷反應(yīng)攪拌器形式簡(jiǎn)陋及功能低下。尤其是高燒結(jié)溫度和制作工藝易導(dǎo)致搪瓷設(shè)備爆瓷，影響搪瓷設(shè)備的使用壽命。利用陶瓷材料替代搪瓷材料雖然不失為是一個(gè)理想之舉，但是由于陶瓷材料有著與搪瓷和玻璃材料般的熔點(diǎn)高和脆性大的通弊，因此同樣不足以克服搪瓷設(shè)備生產(chǎn)中所存在的弊端。盡管可以通過納米增韌工藝改善即提高材料的韌性，藉以緩解材料的脆性，但是，陶瓷材料的高熔點(diǎn)(ΙΟΟΟ 左右)問題依然存在。熔點(diǎn)高的最大弊端就是能耗大，同時(shí)， 對(duì)金屬基材和設(shè)備的要求也高。在已公開的中國(guó)專利文獻(xiàn)中不乏見諸有陶瓷材料的技術(shù)報(bào)導(dǎo)，如CN1179913C推薦了一種準(zhǔn)納米級(jí)二鋇九鈦氧化物微波陶瓷及其制備方法；又如CN1078188C介紹了一種自消毒搪、陶瓷材料及其制備方法；再如CN101058507A提供了一種碳化硅-氮化硼陶瓷復(fù)合材料；又如CN1166470A揭示了一種熔噴復(fù)合陶瓷粒子及其制備方法，等等。并不限于由上述例舉的文獻(xiàn)所公開的陶瓷材料均不足以使陶瓷材料同時(shí)兼?zhèn)涞腿埸c(diǎn)和高韌性的雙重效果，從而制約了將陶瓷材料與作為載體的金屬板材相結(jié)合的應(yīng)用， 使得“雙面搪”成為行業(yè)難題，因?yàn)榇嘈源蟮牟牧?，無(wú)論是哪種加工工藝，所生成涂層的抗沖擊力都不會(huì)達(dá)到令人滿意的程度，易破損，特別是邊緣部位尤其容易破損。而且，傳統(tǒng)的陶瓷成型技術(shù)不僅要耗費(fèi)大量的能源而且對(duì)金屬基材有著嚴(yán)苛的要求，例如，目前搪瓷反應(yīng)釜的制造需使用低碳的搪瓷鋼板，而這種鋼板的價(jià)格遠(yuǎn)高于一般的碳鋼。鑒于上述已有技術(shù)，有必要加以改進(jìn)，為此，本申請(qǐng)人作了大量積極而有益的探索，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要任務(wù)在于提供一種既有助于降低熔點(diǎn)又有利于提高韌性而藉以體現(xiàn)節(jié)約能源和體現(xiàn)可加工性的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料。本發(fā)明的還有一個(gè)任務(wù)在于提供一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，該方法工藝步驟簡(jiǎn)練并且能夠保障所獲得的陶瓷材料的技術(shù)效果的全面體現(xiàn)。本發(fā)明的又一任務(wù)在于提供一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的使用，該使用方法能使低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料可靠地與工件表面結(jié)合。本發(fā)明的首要任務(wù)是這樣來完成的，一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料，成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為48-60 %的二氧化硅、7. 2-8. 3 %的二氧化鈦、7. 2-8. 3 %的三氧化二鋁、 5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7 %的氧化鋰、3. 0-4. 0 %的三氧化二銻、 1. 0-2. 0%三氧化二鈷、1. 0-2. 0%的三氧化二鉻、1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1.0-3. 0%的氧化鋅。本發(fā)明的還有一個(gè)任務(wù)是這樣來完成的，一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，該方法包括以下步驟A)配料和混料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比取48-60%的二氧化硅、7. 2-8. 3%的二氧化鈦、7. 2-8. 3%的三氧化二鋁、5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7 %的氧化鋰、3. 0-4. 0 %的三氧化二銻、1. 0-2. 0 %的三氧化二鈷、1. 0-2. 0 %的三氧化二鉻、 1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1. 0-3. 0%的氧化鋅，得到原料，并且將原料置入混料裝置充分混合，得到混合料；B)熔融，將步驟A)得到的混合料引入熔化爐熔融，并且控制熔融溫度和控制熔融時(shí)間，得到熔融料；C)固化，將由步驟扮得到的熔融料引入水中進(jìn)行固化，并且控制水的溫度，得到固化料；D)研磨，將由步驟C)得到的固化料引入研磨裝置研磨，并且控制研磨后的粒度， 得到低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料。在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟A)中所述的混料裝置為球磨混料機(jī)，混料時(shí)間及轉(zhuǎn)速分別為30-60min和100_150rpm。在本發(fā)明的另一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟B)中所述的熔化爐為電極熔化爐，所述的控制熔融溫度是將熔融溫度控制為1100-1400°C，所述的控制熔融時(shí)間是將熔融時(shí)間控制為30-60分鐘。在本發(fā)明的又一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟C)中所述的控制水的溫度是將水的溫度控制為30-80°C。在本發(fā)明的再一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟D)中所述的研磨裝置為納米研磨機(jī)。在本發(fā)明的還有一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟D)中所述的控制研磨后的粒度是將粒度控制為50-250nm。本發(fā)明的又一任務(wù)是這樣來完成的，一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的使用方法，該使用方法包括以下兩種方法中的任意一種，I)先將低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料靜電噴涂至工件表面，而后進(jìn)行搪燒，在工件表面形成陶瓷涂層；II)將低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料熱噴涂到鋼板的正反兩個(gè)表面，在鋼板的兩面均形成陶瓷涂層。在本發(fā)明的更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的搪燒的搪燒溫度為650-710°C，搪燒時(shí)間為30-60min。在本發(fā)明的進(jìn)而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的熱噴涂使用氧乙炔火焰噴槍進(jìn)行熱噴涂。本發(fā)明提供的第一個(gè)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于由于配方中含有降低熔點(diǎn)的三氧化二硼、三氧化二鋁、氧化鈉和氧化鋰，從而能使陶瓷材料的熔點(diǎn)由已有技術(shù)中的1200°C以上降低至680°C以下，從而能夠減少50%以上的能耗；由于配方中含有三氧化二銻、三氧化二鉻和氧化鍶，因而可以改善韌性；由于配方中的成分在融熔冷卻過程中可以有效的形成結(jié)晶體，并且結(jié)晶的尺寸通過結(jié)晶速度和結(jié)晶時(shí)間有效控制，得到納米晶，起到納米增韌的效果。本發(fā)明的第二個(gè)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于工藝步驟簡(jiǎn)練，工藝要求不苛刻，能夠保障陶瓷材料的低熔點(diǎn)和高韌性的技術(shù)效果；本發(fā)明的第三個(gè)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于能以簡(jiǎn)便的方式在工件表面或鋼板的兩面形成陶瓷涂層，解決了已有技術(shù)中對(duì)反應(yīng)釜的兩面涂搪的難題。
具體實(shí)施例方式為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠進(jìn)一步地了解本發(fā)明方案的技術(shù)實(shí)質(zhì)，申請(qǐng)人在下面結(jié)合實(shí)施例作詳細(xì)的描述，但實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明方案所作出的僅僅是形式上的而非實(shí)質(zhì)性的變化均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 A)配料和混料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)取以下原料60%的二氧化硅、7. 5%的二氧化鈦、 7. 2%的三氧化二鋁、5. 5%的三氧化二硼、5.0%的氧化鈉、6.0%的氧化鋰、3.0%的三氧化二銻、1. 2 %的三氧化二鈷、1. 1 %的三氧化二鉻、1. 5%的三氧化二鎳、1.0%的氧化鍶和 1. 0%的氧化鋅，得到原料，并且將原料置入球磨混料機(jī)中，轉(zhuǎn)速120rpm(120n/min)，混料時(shí)間40min，充分混合，得到混合料；B)熔融，將由步驟A)得到的混合料引入電極熔化爐內(nèi)熔融，經(jīng)溫度為1200°C和時(shí)間為45min后，得到熔融料，在熔融過程中，電極中心會(huì)形成自下而上的環(huán)流，產(chǎn)生自然攪拌效果；C)固化，將由步驟B)得到的熔融料引入60°C的水中進(jìn)行固化，得到固化料；D)研磨，將由步驟C)得到的固化料引入納米研磨機(jī)研磨至粒度為150nm，得到由表1所示技術(shù)效果的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料。使用(應(yīng)用)例1 將由實(shí)施例1得到的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料采用靜電噴涂方式噴涂至攪拌器的槳葉表面，而后送入搪燒電爐中進(jìn)行搪燒，搪燒溫度為650°C，搪燒時(shí)間為8min，再降溫至 620°C并保溫30min，這是納米晶體形成期，納米晶體充分形成，隨后自然冷卻，在攪拌器槳葉表面形成陶瓷涂層。實(shí)施例2 A)配料和混料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比取以下原料52%的二氧化硅、8. 3%的二氧化鈦、8. 3%的三氧化二鋁、7. 5%的三氧化二硼、6. 0%的氧化鈉、5. 5%的氧化鋰、4. 0%的三氧化二銻、1. 9 %的三氧化二鈷、2. 0 %的三氧化二鉻、1. 0 %的三氧化二鎳、1. 5 %的氧化鍶和2. 0%的氧化鋅，得到原料，并且將原料置入混料裝置充分混合，混料裝置的轉(zhuǎn)速為 150rpm，混料時(shí)間為30min，得到混合料；B)熔融，熔融溫度1100°C，熔融時(shí)間為60min，得到熔融料；C)固化，水溫為80°C，得到固化料；D)研磨，研磨至粒度為240nm，得到由表1所示技術(shù)效果的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料。本實(shí)施例中未涉及的內(nèi)容均同對(duì)實(shí)施例1的描述。使用(應(yīng)用)例2
將由實(shí)施例2得到的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料采用亞音速槍(亞音速噴射槍)并且使用氧乙炔火焰熱噴涂到鋼板的兩面，在鋼板兩面均形成陶瓷涂層，這種具有兩面陶瓷涂層的鋼板可用于制作反應(yīng)釜。實(shí)施例3:A)配料和混料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比取以下原料51. 5%的二氧化硅、7. 2%的二氧化鈦、8. 的三氧化二鋁、7. 5%的三氧化二硼、5. 5%的氧化鈉、6. 7%的氧化鋰、3. 5% 的三氧化二銻、1. 0%的三氧化二鈷、1. 5%的三氧化二鉻、2. 5%的三氧化二鎳、2. 0%的氧化鍶和3. 0 %的氧化鋅，得到原料，并且將原料置入混料裝置充分混合，混料裝置的轉(zhuǎn)速為 lOOrpm，混料時(shí)間為60min，得到混合料；B)熔融，熔融溫度為1400°C，熔融時(shí)間為30min，得到熔融料；C)固化，水溫為60°C，得到固化料；D)研磨，研磨至粒度為60nm，得到由表1所示技術(shù)效果的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料。本實(shí)施例中未涉及的內(nèi)容均同對(duì)實(shí)施例1的描述。使用(應(yīng)用)例3 將由實(shí)施例3得到的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料采用靜電噴涂方式噴涂至工件如永磁攪拌裝置的攪拌軸、軸承腔體、隔離套內(nèi)外表面，而后送入搪燒爐中搪燒，搪燒溫度為 705°C，搪燒時(shí)間為5min，降溫至500°C保溫30min，降溫保溫過程是納米晶體形成期，納米晶體充分形成，隨后自然冷卻，在上述工件表面形成陶瓷涂層。表1所示為上述實(shí)施例1至3所得到的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的技術(shù)效果表
權(quán)利要求
1.一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料，其特征在于成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為48-60%的二氧化硅、7. 2-8. 3%的二氧化鈦、7. 2-8. 3%的三氧化二鋁、5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7%的氧化鋰、3. 0-4. 0%的三氧化二銻、1. 0-2. 0%三氧化二鈷、1. 0-2. 0%的三氧化二鉻、1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1. 0-3. 0%的氧化鋅。
2.一種如權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟A)配料和混料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比取48-60%的二氧化硅、7.2-8. 3%的二氧化鈦、 7. 2-8. 3%的三氧化二鋁、5. 5-7. 5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5. 5-6. 7%的氧化鋰、 3. 0-4. 0%的三氧化二銻、1. 0-2. 0%的三氧化二鈷、1. 0-2. 0%的三氧化二鉻、1. 0-2. 5%的三氧化二鎳、1. 0-2. 0%的氧化鍶和1. 0-3. 0%的氧化鋅，得到原料，并且將原料置入混料裝置充分混合，得到混合料；B)熔融，將步驟A)得到的混合料引入熔化爐熔融，并且控制熔融溫度和控制熔融時(shí)間， 得到熔融料；C)固化，將由步驟B)得到的熔融料引入水中進(jìn)行固化，并且控制水的溫度，得到固化料；D)研磨，將由步驟C)得到的固化料引入研磨裝置研磨，并且控制研磨后的粒度，得到低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的混料裝置為球磨混料機(jī)，混料時(shí)間及轉(zhuǎn)速分別為30-60min和100_150rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟B)中所述的熔化爐為電極熔化爐，所述的控制熔融溫度是將熔融溫度控制為1100-1400°C，所述的控制熔融時(shí)間是將熔融時(shí)間控制為30-60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟C)中所述的控制水的溫度是將水的溫度控制為30-80°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟D)中所述的研磨裝置為納米研磨機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟D)中所述的控制研磨后的粒度是將粒度控制為50-250nm。
8.—種如權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的使用方法，其特征在于該使用方法包括以下兩種方法中的任意一種，I )先將低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料靜電噴涂至工件表面， 而后進(jìn)行搪燒，在工件表面形成陶瓷涂層；II)將低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料熱噴涂到鋼板的正反兩個(gè)表面，在鋼板的兩面均形成陶瓷涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的使用方法，其特征在于所述的搪燒的搪燒溫度為650-718°C，搪燒時(shí)間為5-lOmin，冷卻至比熔點(diǎn)低10_20°C并且保溫30 min, 充分形成納米晶。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料的使用方法，其特征在于所述的熱噴涂是由亞音速槍并且使用氧乙炔火焰熱噴涂。
全文摘要
一種低熔點(diǎn)高韌性陶瓷材料及其制備方法和使用,屬于工業(yè)和民用陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:48-60%的二氧化硅、7.2-8.3%的二氧化鈦、7.2-8.3%的三氧化二鋁、5.5-7.5%的三氧化二硼、5-6%的氧化鈉、5.5-6.7%的氧化鋰、3.0-4.0%的三氧化二銻、1.0-2.0%三氧化二鈷、1.0-2.0%的三氧化二鉻、1.0-2.5%的三氧化二鎳、1.0-2.0%的氧化鍶和1.0-3.0%的氧化鋅。優(yōu)點(diǎn):能夠減少50%以上的能耗；可以改善韌性;工藝步驟簡(jiǎn)練，工藝要求不苛刻,能夠保障陶瓷材料的低熔點(diǎn)和高韌性的技術(shù)效果;能以簡(jiǎn)便的方式在工件表面或鋼板的兩面形成陶瓷涂層，解決了已有技術(shù)中對(duì)反應(yīng)釜的兩面涂搪的難題。
文檔編號(hào)C23D11/00GK102180658SQ201110054090
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者嚴(yán)巍, 李訓(xùn)竹 申請(qǐng)人:李訓(xùn)竹