[发明专利]一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷工业领域，涉及硅酸盐工业陶瓷制备，具体涉及一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法。

背景技术

我国是陶瓷生产大国，传统陶瓷非常发达，产量多年居世界首位。目前陶瓷行业面临的挑战主要有：陶瓷生产能耗较大；产品的抗冲击强度偏低，韧性较差；优质的原料日益减少。传统的粘土—石英—长石体系中，瓷体主要以方石英(α-SiO₂)、莫来石(Al₆Si₂O₁₃)为主晶相，Si-O玻璃为粘结相。其中方石英颗粒尺寸一般为几微米到十几微米之间，莫来石主要为鳞片状和颗粒状的一次莫来石，方石英热膨胀系数为11×10^-6/℃，莫来石热膨胀系数为5.7×10^-6/℃，长石质玻璃相的热膨胀系数为5.3～5.8×10^-6/℃，可见方石英与莫来石、长石质玻璃的热膨胀系数相差很大，在烧成过程中，由于各相收缩不匹配，容易导致产品产生微裂纹，降低陶瓷产品的强度和热稳定性，影响产品质量。

以钙、铝、硅、氧为主要组成的钙长石(CaAl₂Si₂O₈)热膨胀系数为4.9～5.5×10^-6/℃，与莫来石晶相和长石质玻璃相都很接近，以钙长石取代部分方石英作为陶瓷的主晶相，有助于降低主晶相之间、主晶相和玻璃相之间的热膨胀系数差异。同时钙长石为针状形貌，针状主晶相的存在有利于改善陶瓷显微结构，提高产品性能，特别是韧性。

利用钙长石增韧陶瓷已早有研究，但其研究主要偏向于根据晶体化学组成设计原料配方，主要为SiO₂、Al₂O₃和CaCO₃等，合成得到单一的钙长石/莫来石复合相材料，合成温度一般在1400℃以上，并且工艺复杂。

钙通常是以钙盐加入到陶瓷坯料中的方式引入，钙盐的种类很多，其中采取磷酸钙的方式，在引入钙的同时，也引入磷。和硅相似，在高温下磷也容易形成玻璃相，并且Si-O系和P-O系复合玻璃相热膨胀系数为5.6～6.2×10^-6/℃，与长石质玻璃相、莫来石晶相和钙长石晶相都很匹配，不会对产品性能造成不利影响。

磷酸三钙以白色晶体或无定型粉末存在，主要应用于制备食品添加剂、生物陶瓷、骨质瓷、染色剂、荧光粉等

发明内容

针对目前陶瓷行业中烧成温度高、高品质原料日益减少、产品性能有待提高等问题，本发明的目的在于提供一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，所述方法能够改善陶瓷产品的韧性。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤：

(1)将磷酸三钙和陶瓷坯料混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；

(2)将步骤(1)所得浆料过筛、烘干，研磨成粉末，再过筛、干压成型、保压，制得陶瓷生坯；

(3)将所述陶瓷生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。

在上述利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法中：

优选的，步骤(1)所述磷酸三钙的掺入量占磷酸三钙和陶瓷坯料总质量的5％～15％；

优选的，步骤(1)所述陶瓷坯料的组成及质量百分含量为：SiO₂：65.14％～70.27％、Al₂O₃：18.01％～22.56％、K₂O：1.68％～2.24％、Na₂O：0.4％～0.97％、MgO：0.13％～0.48％、Fe₂O₃：0.37％～0.82％、CaO：0.15％～0.52％、P₂O₅：0.10％～0.23％、烧失：7.61％～8.44％；

优选的，步骤(2)所述烘干的温度为100℃；

优选的，步骤(2)所述保压的压力为15MPa，保压时间为1分钟；

优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的温度为1180～1280℃；更优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的温度为1200～1240℃；

优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的保温时间为60～90分钟；更优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的保温时间为70～80分钟。

本发明的原理：