[发明专利]透锂长石/堇青石复相低膨胀陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属无机非金属材料(陶瓷)领域，涉及了具有低膨胀特性的透锂长石/堇青石复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

低膨胀陶瓷是指热膨胀系数小于2.0×10^-6/℃的陶瓷。低膨胀材料已在陶瓷、冶金、搪瓷、特种玻璃、化工等方面得到广泛的应用，而锂质低膨胀陶瓷由于其优良的耐高温、抗热震性能以及高温化学稳定性而备受青睐，被广泛应用于陶瓷的坯、釉料、窑具、感应加热部件(如微波炉垫片)、天文望远镜镜坯、家庭用耐热餐具等。

目前，常用的锂质低膨胀陶瓷主要采用工业碳酸锂(Li₂CO₃)和天然锂辉石(Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂)矿物。碳酸锂为人工合成料，其成本较其它锂质原料更高。而锂辉石作为陶瓷原料虽然能提高陶瓷制品的抗热震性，抗腐蚀性能，但由于锂辉石晶体存在三个晶体变体，分别为α-锂辉石、β-锂辉石、γ-锂辉石，而自然界的锂辉石矿物是以α-锂辉石的形式存在，由于α-锂辉石在高温烧成过程中会转变为高温稳定的β-锂辉石结构，这个过程会发生约30％的体积膨胀，容易引起陶瓷在烧成过程中的变形和开裂，因此天然锂辉石在使用前需在1100℃先煅烧形成β-锂辉石，增加了原料的成本。而且，若要获得具有低膨胀性能的锂质陶瓷，锂辉石用量必须达到50％以上。

此外，目前国内外最常用的锂质低膨胀陶瓷产品的主晶相为锂辉石和透锂长石，尚未见主晶相为复合透锂长石/堇青石的报道。如中国专利文献200510023142.0所述的“一种高抗热震陶瓷及其制造方法”，其坯料采用煅烧锂辉石粉、优质高岭土、石英并外加二氧化钛、二氧化锆等烧结促进剂，合成了β-锂辉石主晶相，尽管具有较低的热膨胀系数(-0.2-1.5×10^-6℃)，但锂辉石的用量高达35-55％，且添加了二氧化钛、二氧化锆等化工原料，成本较高；又如专利文献200510035605.5公开的“中温耐热陶瓷及其制造方法”，配料采用透锂长石、高岭土和碳酸锂，合成了透锂长石主晶相，其中透锂长石的用量为42-70％，碳酸锂的用量为0-8％，其成本明显高于本发明专利，但其热膨胀系数较高，达2.0-3.0×10^-6/℃。

发明内容

本发明的目的之一是研制出一种价格低廉、热膨胀系数低的透锂长石/堇青石复相低膨胀陶瓷，本发明的另一个目的是提供一种制备上述材料的方法。

本发明的一种透锂长石/堇青石复相低膨胀陶瓷，其特征在于以按重量配方组成：

透锂长石：25～40％，高岭土：45～60％，  石英：0～5％，滑石：8～20％为原料，采用普通陶瓷烧结方法，生成主晶相为复合透锂长石/堇青石复相晶体结构的低膨胀陶瓷。

制备上述透锂长石/堇青石复相低膨胀陶瓷的方法，其特征包括：按所述配方准确配料，按照料：球∶水＝1∶1.8～2∶0.8，料浆过250目筛筛余小于0.1％，料浆脱水成可塑泥料，经成型，干燥，在1250～1300℃温度，保温15～45min条件下烧结，获得具有透锂长石/堇青石复相晶体结构的低膨胀陶瓷，其热膨胀系数α在1.0～2.0×10^-6/℃范围内。

本发明利用天然矿物原料，所采用的透锂长石不用预先煅烧，采用普通陶瓷的制备方法，制备出白度高、机械强度好、热稳定性优的陶瓷材料，有着广泛应用前景，可广泛应用于窑具、高温夹具、高温辐射挡板、家庭用耐热餐具以及热电偶保护管等。

附图说明

附图1～7为下述实施例1～7所制得材料对应的XRD图谱。

具体实施方式

实施例1～7：

按表1组成配制原料，经过粉碎、混合球磨、过筛、成型、烧结得到了具有低膨胀性能的透锂长石/堇青石复相陶瓷。

表1透锂长石/堇青石复相陶瓷的组成与性能

  实例1  实例2  实例3  实例4  实例5  实例6  实例7  透锂长石  28  32  34  34  35  37  40  滑石  14  10  11  16  9  9  9  高岭土  53  54  52  47  54  54  51  石英  5  4  3  3  2  0  0  烧成温度(℃)  1260  1260  1260  1270  1270  1260  1270  保温时间  (min)  30  30  30  30  30  30  30  膨胀系数α  (0～600℃)  (×10^-6/℃)  1.821  1.891  1.951  1.481  1.052  1.209  1.345  抗折强度  (MPa)  61.2  63.4  58.6  66.7  62.8  69.1  65.8