含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，属高温结构陶瓷材料领域。该陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为：熔融石英粉99.0～99.5％，纳米级氧化锡0.5～1.0％。熔融石英粉的粒径＜0.040mm，纳米级氧化锡的粒径为＜100nm。其成型方法可采用注浆成型、滚压成型、热压铸成型、模压成型或挤出成型。其烧成方法可采用还原气氛烧结、常压高温烧结、热压烧结或真空烧结，不同烧成方法的烧成温度均≥1350℃。本发明的含纳米级氧化锡的石英陶瓷材料热膨胀率低、安全可靠性高，可为我国玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金、电子、军工、航天等领域提供一种新型高温结构材料，具有广阔的应用前景。
【专利说明】含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料
【技术领域】
[0001]本发明属于高温结构陶瓷领域，具体涉及一种含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料。
【背景技术】
[0002]熔融石英具有优良的低热膨胀等特性，其800°C时的热膨胀率仅为0.05%，由熔融石英颗粒制备的熔融石英陶瓷材料具有优良的抗热震性能，广泛应用于玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金、电力、电子、军工导弹、航天器等领域。但熔融石英陶瓷材料中的颗粒状熔融石英为热力学不稳定的高能态物质，在> 1200°C的高温条件下，熔融石英易逐渐脱玻化(或称晶化)形成高热膨胀率(或高热膨胀系数)的方石英，该晶化过程伴随有较大的体积效应。熔融石英的晶化程度随温度升高而逐步增大，且熔融石英陶瓷材料的热膨胀率随熔融石英晶化程度增大而提高。经1350°C保温I小时烧后的纯熔融石英陶瓷材料，其中的熔融石英大部晶化为方石英，该熔融石英陶瓷材料1000°C时的热膨胀率增大至1.55%，相应的热膨胀系数为15.82X 10_6/°C，因此该材料的抗热震性能大幅度降低。
[0003]熔融石英晶化程度高的熔融石英陶瓷材料，在经历自高温至常温、或自常温至高温的热震过程时，熔融石英陶瓷材料易产生热震裂纹，甚至因裂纹扩展导致材料开裂损毁。因此，降低熔融石英陶瓷材料高温使用时的熔融石英晶化程度及其危害作用，探寻减小或抑制熔融石英晶化程度的技术途径，成为熔融石英陶瓷材料应用发展的重要技术课题。应寻求一种技术方法，使熔融石英陶瓷材料在经历1200°C-1350°C高温使用环境条件下，熔融石英陶瓷材料中熔融石英的晶化程度较小，使熔融石英陶瓷材料仍具有较低的热膨胀率(或较低的热膨胀系数)和较高的抗热震性能，从而提高熔融石英陶瓷材料在钢铁冶金、航天军工等领域应用的安全可靠性。
[0004]近年来，国内一些机构进行了熔融石英的烧结与析晶抑制的研究，研究者采用微米级或纳米级添加剂如稀土氧化物氧化镧、氧化镱、氧化钕、氧化钦、氧化钇、氧化铈等引入到熔融石英陶瓷材料中，获得了一定的熔融石英析晶抑制效果。但上述稀土氧化物的价格较高，增大了熔融石英陶瓷材料的制造成本。
[0005]本发明采用纳米级氧化锡作为抑制熔融石英析晶的添加剂，少量引入到熔融石英陶瓷材料粉体中制备试样，进行1350°C保温I小时的高温烧成试验。与未引入纳米级氧化锡的纯熔融石英陶瓷材料试样比较，引入纳米氧化锡的熔融石英陶瓷材料试样的热膨胀率大幅度减小，表明纳米氧化锡对熔融石英的析晶具有明显的抑制作用，含纳米氧化锡的熔融石英陶瓷材料是一种安全可靠性程度更高的高温结构陶瓷材料。本发明可为我国玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金、电子、军工导弹、航天器等领域提供一种新型高温结构材料，具有广阔的应用前景及强化国防的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有熔融石英陶瓷材料技术中的不足，提供一种含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料的制备方法。
[0007]本发明为一种含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为:主要原料熔融石英粉99.0-99.5%，添加剂纳米级氧化锡
0.5 -1.0%。
[0008]主要原料熔融石英粉的粒径< 0.040mm，熔融石英粉纯度的重量百分比为:SiO2 ≤ 99%。
[0009]添加剂纳米级氧化锡的粒径为< lOOnm，纳米级氧化锡纯度的重量百分比为:SnO2 ≤ 99%。
[0010]该熔融石英陶瓷材料的成型方法包括:注浆成型、滚压成型、热压铸成型、模压成型或挤出成型。
[0011]该熔融石英陶瓷材料的烧成方法包括:还原气氛烧结、常压高温烧结、热压烧结或真空烧结，不同烧成方法的烧成温度均> 1350°c。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
[0013]含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为:
<0.040mm的熔融石英粉99%，< IOOnm的纳米级氧化锡I %。将熔融石英粉、纳米级氧化锡按配比混合后加适量乙醇搅拌形成具有流动性的料浆，对料浆继续搅拌2分钟再经脱水及干燥后获得混合干粉体，然后向混合干粉体中逐步加入质量浓度2%的聚乙烯醇溶液结合剂6% (重量百分比，外加)，继续搅拌混合2分钟后过筛，过筛后置于密闭塑料袋中困料3小时后获得可供试样模压成型的坯料。将坯料采用液压机模压成型，坯体成型压强为IOOMPa0将成型后坯体在20°C室温干燥3小时，之后在70°C干燥0.5小时，最后经100°C干燥0.5小时获得供烧成的干燥坯体。将干燥后的坯体经1350°C保温I小时烧成后获得含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料。
[0014]1350°C保温I小时烧后试样的热膨胀测定结果:未引入纳米级氧化锡空白试样的热膨胀率为1.55% (ΙΟΟΟ?时)，相应的热膨胀系数为15.82X10_7°C。引入1%纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料试样热膨胀率为0.76% (1000°C时)，相应的热膨胀系数为7.76X10_6/°C。与空白式样比较，含I %纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料中的熔融石英析晶程度减小了约50%，因此该材料应用时具有更好的安全可靠性。
[0015]实施例2
[0016]含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为:
<0.040mm的熔融石英粉99.2%，< IOOnm的纳米级氧化锡0.8%。将熔融石英粉、纳米级氧化锡按配比混合后加适量乙醇搅拌形成具有流动性的料浆，对料浆继续搅拌2分钟再经脱水及干燥后获得混合干粉体，然后向混合干粉体中逐步加入质量浓度2%的聚乙烯醇溶液结合剂6% (重量百分比，外加)，继续搅拌混合2分钟后过筛，过筛后置于密闭塑料袋中困料3小时后获得可供试样模压成型的坯料。将坯料采用液压机模压成型，坯体成型压强为lOOMPa。将成型后坯体在20°C室温干燥3小时，之后在70°C干燥0.5小时，最后经100°C干燥0.5小时获得供烧成的干燥坯体。将干燥后的坯体经1350°C保温I小时烧成后获得含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料。[0017]1350°C保温I小时烧后试样的热膨胀测定结果:未引入纳米级氧化锡空白试样的热膨胀率为1.55% (ΙΟΟΟ?时)，相应的热膨胀系数为15.82X10_6/°C。引入0.8%纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料试样热膨胀率为0.75% (1000°C时)，相应的热膨胀系数为
7.65X10_6/°C。与空白式样比较，含0.8%纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料中的熔融石英析晶程度减小了约50%， 因此该材料应用时具有更好的安全可靠性。
【权利要求】
1.一种含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比为:主要原料熔融石英粉99.0~99.5%，添加剂纳米级氧化锡0.5~1.0%。
2.如权利要求1所述的含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，其特征在于所用主要原料与添加剂的粒径为:熔融石英粉的粒径< 0.040_，纳米级氧化锡的粒径为< lOOnm。
3.如权利要求1所述的含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，其特征在于所用主要原料与添加剂的纯度为:熔融石英粉纯度的重量百分比为=SiO2 ≥99%，纳米级氧化锡纯度的重量百分比为:Sn02≥99%。
4.如权利要求1所述的含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，其特征在于该熔融石英陶瓷材料的成型方法包括:注浆成型、滚压成型、热压铸成型、模压成型或挤出成型。
5.如权利要求1所述的含纳米级氧化锡的熔融石英陶瓷材料，其特征在于该熔融石英陶瓷材料的烧成方法包括:还原气氛烧结、常压高温烧结、热压烧结或真空烧结，不同烧成方法的烧成温度均≥1350°C。
【文档编号】C04B35/14GK103449804SQ201310357125
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】卜景龙, 谷莹蕾, 何永武, 陈越军, 王志发 申请人:河北联合大学