专利名称：包含结晶刚玉的坯体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及包含从玻璃相中结晶出的刚玉相的坯体及制造该坯体的方法。
用于制造例如餐具和卫生洁具等陶瓷件的坯体(body)是以如下方式来制造的。即，在烧结过程中，组成原料的颗粒熔入玻璃相中，在高温下，玻璃相变成流体因此可以填充未熔颗粒之间形成的间隙。因此，该坯体具有下面的结构它包括玻璃相及分散在玻璃相中的结晶相。
特定的颗粒能否熔化取决于其熔点，而熔点又受到颗粒的晶体结构、特定颗粒与其它颗粒的组合(如果与其它晶体共存，一种本身具有高熔点的特定颗粒可以在低于其熔点的温度下熔化)、烧结温度和时间的影响。对于传统的白色陶瓷器，在玻璃化过程中能够熔化的原料是例如作为助熔剂的长石和能在成型过程中产生可塑性的粘土，而在玻璃化过程中未熔化的原料是例如石英。但是，石英不是完全未熔。更具体地说，其中的一部分熔入玻璃相中，而其余部分维持其晶体形式。此外，还从玻璃相中结晶出莫来石。
如上所述，在传统白色陶瓷器中将石英用作结晶相形成物质的原因是它比其它的用于结晶相的原料便宜，并且它是与玻璃形成矿物共存的一种天然原料。例如，长石和粘土很少单独以天然形式存在，并且在多数情况下，它们以与石英的混合物形式存在。
因为这个原因，在白色陶瓷器中通常用作结晶相形成原料的矿物局限于石英(或方石英，它是石英相变形成的一种晶体)。然而，如上所述，一部分石英熔入了玻璃相中。因此，产生了各种问题。例如，很难控制在得到的烧结体中存在的石英的颗粒度，还发现石英和玻璃相的热膨胀系数有很大差别(在各种晶体中，石英被认为是包含有很高热膨胀系数的晶体的一组)，并且石英的力学强度差。
最近，已经开发了一种氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器，其中一部分(或全部)的石英被氧化铝代替以避免上述的问题，并且提出将它用于餐具和绝缘子。
通过将氧化铝晶体(α—氧化铝，也称刚玉)或任选地将氢氧化铝加入到原料中来制造氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器。原则上讲，向原料中加入氢氧化铝与向其中加入氧化铝是等同的、因为氢氧化铝在烧结过程中转变成刚玉。
然而，氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器存在下面的问题。
第一个问题涉及原料的花费。更具体地说，氧化铝的价格比主要包括天然原料的用于白色陶瓷器的传统原料的价格明显高。
第二个问题涉及氧化铝颗粒在坯体中的分散性。在这种氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器中，具有高韧性的氧化铝颗粒分散在脆性玻璃相中，因此，为了确保提高氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器的强度，氧化铝颗粒在适用前提下必须尽可能细并且均匀分散在玻璃相中。然而，当氧化铝颗粒的尺寸减小时，它在坯体中的分散性会降低，因此存在于坯体中的颗粒处于团聚状态。为此，通常认为分散在氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器中的氧化铝颗粒的平均颗粒度适合在2至10μm范围内，如果使用颗粒度低于上述下限的氧化铝颗粒，由于颗粒的团聚，得到的白色陶瓷器的强度反而会降低。此外，大多数市场上可买到的粉状氧化铝产品包含许多由α—氧化铝形成的大的二次颗粒，因此必须将它们粉碎到具有希望颗粒度的颗粒。在这种情况下，如果粉末氧化铝与其它原料一起粉碎，则氧化铝颗粒粉碎不充分，因为它的硬度比其它原料的高。因此，氧化铝必须单独粉碎，这使得生产过程复杂化。此外，当单独粉碎的氧化铝与其它原料混合时，会产生氧化铝的分散性问题，特别是当使用的氧化铝具有小的颗粒度时。
坯体的结构包括玻璃相以及分散在玻璃相中的氧化铝相的产品，除了上述的氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器以外，还包括陶瓷基片。
用于例如半导体集成电路中的基片可以从各种材料制成，但物理性能例如强度、耐热性、耐化学侵蚀性和导热系数等优良的陶瓷基片是最优选的。
在这些陶瓷基片中，最常用的是氧化铝基片，但氧化铝基片需要大约1600℃的烧结温度。因此，用于生片印刷(green sheet—printing)的导体材料局限于高电阻材料例如钨和钼等、并且烧结它们所花费用也高。为此，最近进行了深入研究，通过开发适合在低温下烧结的材料以便降低基片的制造成本，同时还使使用低电阻的导体材料如金、银和铜成为可能。
能够在低温下烧结的最有前景的用作基片的材料是包含分散在玻璃相中的氧化铝颗粒的材料(在许多情况下是硼—硅酸盐玻璃)，它不仅具有比氧化铝更低的烧结温度，而且具有与硅很相似的热膨胀系数。
制造这种分散有氧化铝的玻璃物质的方法包括下面步骤将玻璃颗粒与氧化铝颗粒混合，然后将混合物成型，并烧结成型的混合物。将这种方法与制造氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器的方法比较，它们的区别仅在于前者不使用能通过烧结玻璃化的颗粒，而使用预先均匀地玻璃化了的颗粒(玻璃料)，因此，原则上讲它们是一样的。
因此，这种生产方法的应用存在在氧化铝增强陶瓷的白色陶瓷器中发现的同样问题，即涉及制造成本和氧化铝颗粒在坯体中的分散性的问题。此外，该方法需要使用昂贵的玻璃料，因此，成本的问题越发重要。
本发明的一个目的是解决传统方法中存在的上述问题，更具体地说是提供一种廉价的坯体、其中氧化铝颗粒均匀分散在玻璃相中，本发明还提供了一种制造这种坯体的方法。
根据本发明，提供了一种坯体，它包括一种玻璃相和分散在玻璃相中的结晶相，其中的结晶相包括从玻璃相中结晶的刚玉作为主要成分。
这种坯体可以通过下面方法来制造，该方法包括将粉末原料成型、通过烧结使成型体部分或全部玻璃化，从而从玻璃相中析出刚玉晶体。这种坯体可以用来制造餐具，卫生洁具，绝缘子，建筑材料，机器零件和陶瓷基片。
下面将对本发明进行更详细的叙述。
在制造上述的玻璃相中均匀分散了氧化铝颗粒的坯体时，仅仅将氧化铝颗粒作为原料加到坯体的其它组分中是不能实现氧化铝颗粒在玻璃相中的均匀分散的。本发明人现在发现了一种通过从玻璃相中结晶出刚玉来将氧化铝颗粒均匀地分散在玻璃相中的方法。
已经知道用于白色陶瓷器的常用的原料的组成落在莫来石的初晶相区内，而一些特定的陶瓷落在堇青石、镁橄榄石和块滑石的初晶相区。
另一方面，在本发明的坯体中，原料中能够玻璃化的部分的组成必须落在刚玉的初晶相区内，或者至少在刚玉从玻璃相中再结晶过程中或在其玻璃化过程中玻璃相(或其中一部分)的组成应该落在刚玉的初晶相区。另外，具有这种组成的原料应该可以便宜地买到，并且该坯体应能以低成本生产。
满足上述条件的优选的原料是这些材料它们中待玻璃化的部分包括15—65％(重量)的SiO2，25—85％(重量)的Al2O3和1—25％(重量)的K2O＋Na2O＋CaO＋MgO作为主要组分。
术语“待玻璃化的部分”本文中指在坯体的烧结温度下能够玻璃化的那部分。因此，烧失量(Ig—Loss)和在烧结温度下不进行玻璃化的具有高耐火度的部分不计入前述的计算中。在烧结温度下不进行玻璃化的具有高耐火度的部分的实例包括氧化铝(刚玉)。换句话说，本发明的特征在于从玻璃相中析出刚玉晶体，但除了前述的从玻璃相中结晶的刚玉以外，也可以通过预先向原料中加入刚玉颗粒作为原料组分以增加玻璃相中的刚玉含量。但是，在这种情况下，预先加入到原料中的刚玉颗粒最好包含与玻璃相中结晶出的刚玉相比较粗的颗粒。在烧结温度下不进行玻璃化的具有高耐火度的部分包括例如，除刚玉外，一部分石英(根据烧结温度石英部分地进行玻璃化)和二氧化锆。当使用廉价的天然原料时，石英不可避免作为杂质而存在。从这方面看，石英作为杂质对得到的坯体物理性质有不利影响，但有时通过在石英和玻璃相之间的界面上形成微裂纹可以提高坯体的耐热冲击性。此外，如果坯体用于制造绝缘子，可加入二氧化锆作为原料以提高其电性能。
尽管上面已经讨论了刚玉从玻璃相中的结晶，但本文所指的通过玻璃化形成的玻璃相不一定是指原子结构在微观上完全转变成无定形态的状态。本文中的玻璃相是指主要包括熔融部分，其中仍存在晶体部分的状态，但通过X射线衍射技术难以探测到晶体部分，因为晶体部分的稳定性很低。因此，术语“刚玉从玻璃相中的结晶”不仅指刚玉晶体直接从均匀玻璃熔体中的结晶，也指刚玉晶体可以通过不稳定(通常不可探测)的中间产物从玻璃熔体中结晶。例如，从含Na2O的玻璃相中可能结晶出β—氧化铝，但该晶体不稳定。因此，至少在某些生产过程中当坯体从电炉中出来时可假设β—氧化铝晶体转变成α—氧化铝(刚玉)。术语“刚玉从玻璃相中的结晶”当然也包括过种情况。
顺便说一下，如上所述，在本发明中玻璃相不必转变成完全均匀液相，从经济性角度来看这在本发明中是很重要的。因为将玻璃相转变成完全均匀的液相需要使用高的烧结温度和高的能量消耗。为此，在本发明中用来烧结成型体的温度最好低于玻璃相的液相面(Liquid—surface)温度。这两个温度的差根据玻璃相的组成和希望从玻璃相中析出的刚玉的数量不同而不同，但温度差通常为50—800℃。
将本发明方法与生产玻璃陶瓷的方法比较，会发现使用这种低烧结温度的优越性更加明显。玻璃陶瓷可以根据下面两种方法来制造。一种方法是通过热处理将原料转变成完全的无定形态，然后粉碎它得到玻璃料，将得到的玻璃料成型；另一种方法是通过热处理将原料转变成完全的无定形态，然后将其成型。在每种情况下，将成型的制品进行第二次热处理以从成型制品中析出晶体。在这些方法中，第一次热处理的温度显然高于原料组合物的液相面，并且在工业操作中为了获得均匀的玻璃熔体，热处理必须在明显高于原料组合物的液相面温度下进行。
与上述生产玻璃陶瓷的方法不同，本发明方法可在明显低的温度下只通过一步热处理就使晶体结晶，但本发明方法中可以使用至少两步热处理，这将在某种程度上增加从原料中析出晶体的数量或可以降低热处理的温度。
如上所述，用于本发明的原料中可玻璃化的部分优选包含15—65％(重量)的SiO2，25—85％(重量)Al2O3和1—25％(重量)的K2O＋Na2O＋CaO＋MgO作为主要组分。从相图中可以看出，该组成落在刚玉最可能结晶的区域并且烧结温度不太高。从这方面看，刚玉的数量优选不低于5％(重量)，更优选不低于10％(重量)，但不超过65％(重量)，均基于坯体的总重量计，以提高得到坯体的物理性能。此外，烧结温度优选不超过1600℃，更优选不超过1500℃。若SiO2的数量低于优选范围的下限，烧结需要使用明显高的温度，而如果其数量高于优选范围的上限，结晶的刚玉数量明显降低。若Al2O3的数量低于优选范围的下限，结晶的刚玉的数量明显减少，而若其数量高于优选范围的上限，烧结需要使用明显高的温度。此外，若是K2O＋Na2O＋CaO＋MgO的数量低于优选范围的下限，烧结需要使用明显高的温度，如果它的数量高于优选范围，则难以进行刚玉的结晶。
下文将综合考虑结晶的刚玉数量和烧结温度、原料的成本和易获得性，对本发明坯体所用优选原料进行详细讨论。
使用廉价的原料对本发明是很重要的，这可以通过至少将天然原料用作待玻璃化的部分的主要成分来实现。天然原料通常是廉价的，但它们通常具有高的杂质含量。但是，在本发明中杂质的存在使原料可以容易地玻璃化(换句话说，可以降低烧结温度)。
在选择原料以确定待玻璃化部分的组成时，应优先考虑选择一种矿物作为玻璃化部分的主要成分使得该矿物占玻璃化部分的大部分或者选择多种矿物的组合。然而，两者均有缺点和优点。前者的优点是可以容易地获得均匀的玻璃相，因为主要成分是从一种矿物中得到的，但其缺点是配方的自由度小，这是因为选择的矿物具有特定的化学组成。另一方面，后者的优点是配方的自由度大，这是因为通过适当选择多种矿物的组合和比例可得到各种配方，其缺点是难以形成均匀的玻璃相。克服后者缺点的最有效途径是选择耐火度差别不大的原始矿物进行组合。
根据上述观点，在选择天然原料作为本发明的原料时，在选择一种矿物作为玻璃化部分的主要成分使它占该部分的大部分时，绢云母是优选的原料。在粘土质的云母中，绢云母适合用于这种情况，因为它有相对较高的K2O含量，并且容易获得相对较高的纯度。绢云母是天然原料，因此很难得到纯度接近100％的绢云母，但即使绢云母中或多或少地含有高岭土矿、石英和绢云母以外的粘土质云母也不会产生任何问题。更具体地说，高岭土矿物有时可以增加结晶的刚玉相的数量，因此有时会有意地向绢云母中加入高岭土矿物。
本文中使用的术语“高岭土矿物”是指用下面经验式表示的粘土矿Al2O·2SiO2·nH2O，例如高岭石、多水高岭石、偏多水高岭石和地开石。
另一方面，当选择多种矿物的组合作为天然原料时，这种用于本发明的优选的组合包括含有高岭土矿物和含有不低于5％(重量)的K2O＋Na2O＋CaO＋MgO的矿物。这种组合的优点是高岭土矿物可以使得到的坯体在成型过程中具有可塑性。含K2O＋Na2O＋CaO＋MgO不低于5％(重量)的矿物的优选实例有长石如钾长石、钠长石、钙长石、霞石正长岩、柯尾什石(Cornish stone)和浮岩，特别优选的是含有不低于10％(重量)的K2O＋Na2O、具有高纯度并且碱含量尽可能高的长石。自然界含量充足并且含碱量最高的矿物是霞石，而富含霞石正长岩的霞石是特别优选的。尽管不常见，但已经知道有天然的高碱含量的无定形玻璃物质存在，它们也可以用于本发明。
与高岭土矿物结合使用的含K2O＋Na2O＋CaO＋MgO的矿物特别优选具有高的K2O＋Na2O含量的矿物的原因由下面可知，比较三组分系统SiO—Al2O3—K2O或Na2O或CaO或MgO的相图，可以发现在K2O，Na2O相图中刚玉的初晶相区域覆盖的Al2O3含量比CaO、MgO相图中的Al2O3含量低。因此，可以预计即使原料部分具有低的Al2O3含量也可以玻璃相中结晶出较大数量的刚玉(这意谓着烧结温度可以降低)。
但是，当这些矿物用于制造电子材料如陶瓷基片时，它却不能大量使用，因为碱金属如K2O＋Na2O有损于电性能。在这种情况下，必须使用含碱土金属如CaO、MgO的原料。但是，如上面所述的、在三组分系统SiO2—Al2O3—CaO或MgO的相图中，刚玉的初晶体区域不覆盖Al2O3含量低的区域。因此，为了结晶出大量的刚玉，应该使用具有高的氧化铝含量的原料(即低的SiO2含量)与高岭土矿物结合。这种原料通常不会天然存在，但可以便宜地买到含有锻烧材料(Calcined materials)作为主要成分的原料。
本文中所用的“锻烧材料”指通过混合含CaO和/或MgO作为主要组分的原料和具有高Al2O3含量的原料、然后锻烧得到的混合物而制得的人造材料，可以以较低价格买到的这种材料的实例有高铝水泥。从这方面讲，这种锻烧材料的大多数是水硬材料，因此应该注意如果成型过程中使用了水，这些材料只有短的适用期。换句话说，当使用锻烧材料时，它们的加工过程不能包括任何通过将这种材料和其它原料与水混合，然后粉碎来控制颗粒度的步骤，而是将上述未锻烧的混合物锻烧(这种锻烧得到的产物经常被称为“熟料”)、再进行干燥粉碎以得到这种锻烧材料。因此，在干燥粉碎过程中应足以控制锻烧材料的颗粒度。此外，高岭土矿物通常是从粘土制得的，如果在大量水存在前提下将粘土与这种锻烧材料混合，得到的混合物经常会发生结块。在这种情况下，混合物是通过一种只要少量水的方法来成型或者成型过程需要大量的用于粘土的分散剂。
上面所列的用于本发明坯体的优选的原料中，含K2O＋Na2O＋CaO＋MgO作为主要成分的原料包括例如绢云母、长石和高铝水泥。然而，虽然它们都含K2O＋Na2O＋CaO＋MgO作为主要成分，但它们的含量在这些情况下都不会超过50％(重量)。在本发明中，具有高的K2O＋Na2O＋CaO＋MgO含量(例如100％(重量))的矿物不是用作K2O＋Na2O＋CaO＋MgO的主要来源的优选矿物，而可用作烧结的助剂以弥补存在于K2O＋Na2O＋CaO＋MgO主要来源(如绢云母、长石和高铝水泥)中的碱组分的不足。
这是因为、如果将这种助剂用作K2O＋Na2O＋CaO＋MgO的主要来源，不可避免要将具有高的Al2O3含量的矿物作为另一种原料，这会导致烧结温度的升高。作为一种例外，如果原料中待玻璃化的部分中SiO2的含量明显降低，以尽可能增加从材料中结晶的刚玉的数量(在这种情况下，需要使用高的烧结温度)，可将助剂用作K2O＋Na2O＋CaO＋MgO的主要来源。用作助剂的这类矿物的优选实例有白云石、菱镁矿、碳酸钙、石灰、石膏、碳酸钾和滑石。
这种用于烧结的助剂主要用来降低原料的烧结温度，因此含K2O、Na2O、CaO、MgO以外的助熔组分的物质也可用作这类助剂。本文中优选使用的含助熔组分的这类助剂的实例有含Li2O的矿物如透锂长石；含BaO的矿物如碳酸钡；含SrO的矿物如碳酸锶；以及含B2O3的矿物如硼砂。
此外，用于本发明坯体的原料还可包含使刚玉从中结晶的成核剂，但是与制造陶瓷玻璃不同，成核剂不是必须的组分，使用成核剂只会起到增加结晶的刚玉数量和在某种程度上降低结晶温度的效果(这取决于原料的配方)。这种成核剂的实例是在制备玻璃陶瓷时已知的那些如TiO2、ZrO2、Fe2O3、V2O5、NiO、Cr2O3、氟化物、硫化物、金属磷酸盐和贵金属。可用于本发明的其它的成核剂包括例如含Al2O3作为主要成分的那些，如氧化铝溶胶、乳酸铝、磷酸铝、γ—氧化铝和超细的α—氧化铝。
在本发明中，如前面已经描述的那样，玻璃相不必完全和均匀地转变成无定形态，因此烧结温度明显低于制造常规玻璃材料的方法所需要的温度。另外一方面，与制造玻璃的方法不同，很难提供一种在高温条件下拨出烧针的方法。因此，当烧结在适合于结晶足够数量的刚玉的温度下进行时，根据原料的配方不同会产生起泡，这样得到的是多孔坯体的产品。除了有意制造多孔材料以外，这种起泡通常是不希望发生的。通过预先锻烧容易起泡的原料，可以避免这种起泡现象的问题。在上述的原料中，特别是天然原料中，长石常常会导致起泡。
上面详细讨论了用于本发明坯体中的主要原料。下面将讨论制造本发明坯体的特殊方法。
关于原料的颗粒度的控制，如果购得的每种原料的颗粒度均落在对应的指定范围内，这些原料可以直接混合在一起。如果不是这样，则所有的原料可在一起或各自分开地粉碎。每种原料的平均颗粒度优选不起过30μm，更优选不超过10μm。考虑刚玉的结晶，原料的颗粒度越小，从中结晶出的刚玉数量越大、烧结温度越低。因此，原料的颗粒度应尽可能小，但是如果颗粒度极小，则粉碎所需费用增加，并且根据成型方法不同，这些原料的混合物不容易成型(例如，当注浆成型大尺寸制品时，很难将平均颗粒度降至低于0.3μm)。
此外，可以根据要成型制品的形状选择已知的成型方法来成型原料，如注浆、流延、阴模旋坯、干压、塑压、半湿压、挤压成型和电泳注浆。如果本发明的坯体用来制造现有产品，不需使用任何特殊的成型方法，原则上可用原来该产品的成型方法来成型(例如，注浆技术用于卫生洁具，流延技术用于陶瓷基片)。此外，除原料外，一些成型方法还要使用其它助剂如分散剂(例如水或有机溶剂)、悬浮剂、絮凝剂、粘结剂、增塑剂、脱模剂、润滑剂和促进干燥剂。
然后，原则上讲，在氧化气氛下进行烧结工艺。但当使用可在还原气氛下显色的釉或使用容易起泡的天然原料时，烧结可以在中性或还原气氛下进行。根据所用的原料的组成，当烧结在中性或还原气氛下进行时结晶一定数量的刚玉所需温度有时低于在氧化气氛下烧结时结晶同样数量的刚玉所需的温度。当发生莫来石首先从玻璃相中结晶，然后莫来石溶入玻璃相，同时刚玉从中结晶出来的情况时，这种趋势更加明显。
这种情况下，通过比较使用高的烧结温度和选择特定气氛所需的费用来选择烧结方法。烧结温度根据原料中各种化合物的比例变化而不同，但优选不超过1600℃，更优选不超过1500℃。如果控制加热曲线以延长在最高温度下的保温时间，和延长从最高温度降至比最高温度低100—300℃的温度时所用的时间，或延长将温度从比最高温度低100—300℃的温度升至最高温度所用时间，则结晶的刚玉数量有增加的趋势。另外，如果原料包括的矿物在相变时有体积变化，则加热曲线在相变温度附近应逐渐改变(特别是在降温过程中更是如此)。实施例1向100重量份的具有表1所示组成、并含绢云母作为主要成分的瓷石中，加入38重量份的水作为分散剂和0.06重量份的水玻璃作为悬浮剂，然后在一个球磨机中粉碎得到一种泥浆，其中分散颗粒的平均颗粒度控制在2.4μm。
表1瓷石的组成(wt％)<
使用石膏模，利用注浆方法从泥浆制得成型体。根据下面的加热曲线(加热程序)在氧化或N2气氛下烧结成型体室温到1000℃为250℃/小时，1000℃至最高温度为25℃/小时；在最高温度下保温3小时；最高温度至1000℃为25℃/小时；从1000℃自然冷却至室温，将最高温度从1250℃至1400℃以50℃的间隔变化。利用X—射线衍射技术对存在于烧结体中的晶体进行定性和定量分析。得到的结果列于表2。没有探测到除表2所列以外的其它晶体。此外，在电子显微镜下观察刚玉晶体，发现刚玉晶体完全均匀地分散在玻璃相中，并且具有直径在1—3μm之间、厚度在约0.1～0.3μm之间的六方片状晶体形式。
表2
实施例2向67重量份霞石正长岩和33份含高岭石作主要成分的粘土混合物(该混合物具有下面表3所列的组成)中，加入46重量份的水作分散介质和0.11重量份的水玻璃作悬浮剂，然后在一个球磨机中粉碎得到一种泥浆，其中分散颗粒的平均颗粒度控制在5.3μm。
表3原料的组成(wt％)
使用树脂模通过压力注浆技术从泥浆制得了成型体。根据下面的加热曲线在氧化气氛下烧结成型体室温至950℃之间为250℃/小时，950℃至最高温度之间为25℃/小时；在最高温度下保温3小时；最高温度至950℃之间为25℃/小时；从950℃自然冷却至室温，将最高温度从1150℃至1300℃之间每隔50℃变化一次。利用X射线衍射技术对存在于每种烧结体中的晶体进行定性和定量分析。这样得到的结果列于下表4。没有探测到表4所列以外的其它晶体。此外，在电子显微镜下观察刚玉晶体，结果发现刚玉晶体完全均匀地分散在玻璃相中，并具有直径为0.5—2μm、厚度约0.1—0.3μm的六方片状晶体形式。
表4
实施例3
在本实施例中，使用94重量份的含绢云母作为主要成分的瓷石、2重量份含高岭石作为主要成分的粘土和4重量份的白云石，它们的组成列于表5。将瓷石粉碎至平均颗粒度为4.5μm，将白云石粉碎至平均颗粒尺寸为2.5μm，然后将它们与粘土混合，再向混合物中加入35重量份的水作为分散介质，0.08重量份的水玻璃作为悬浮剂和0.03重量份的碳酸钠得到一种泥浆。
表5原料组成(wt％
使用石膏模，利用注浆技术从泥浆制得成型体。根据下面的烧结曲线在氧化气氛下烧结成型体室温至1000℃之间为200℃/小时；1000℃至1100℃之间为25℃/小时；1100℃至1150℃之间为15℃/小时；在1150℃下保温1小时；1150℃至1050℃之间为15℃/小时；1050℃至900℃之间为30℃/小时；从900℃自然冷却至室温。通过X射线衍射技术测定得到的烧结体中存在的刚玉晶体数量，发现它为24.5％(重量)。实施例4
向99重量份含绢云母作为主要成分的瓷石(它的组成列于表6)和1重量份二氧化钛的混合物中，加入47重量份的水作为分散介质，2重量份的聚丙烯酸铵作为悬浮剂，8重量份的聚乙二醇#2000和3重量份的邻苯二甲酸丁基苯甲酯作为增塑剂，然后将混合物在球磨机中粉碎至平均颗粒度为1.1μm，再加入10重量份丙烯酸树脂胶作粘结剂得到一种泥浆。
表6瓷石的组成(wt％)
通过流延技术从泥浆制得厚度约200μm的成型体。根据下面的加热曲线在N2气氛下烧结成型体定温至1000℃之间为250℃/小时；1000℃至1200℃之间为20℃/小时；在1200℃保温2小时；1200℃至1000℃之间为20℃/小时；1000℃至室温下为250℃/小时。通过X射线衍射技术测定烧结体中存在的刚玉的数量，发现它为24.9％(重量)。实施例5在干燥条件下，将55重量份高铝水泥和44.5重量份含高岭石作为主要成份的粘土(它们的组成列于下表7)和0.5重量份的γ—氧化铝混合得到平均颗粒度为6.9μm的粉状原料。然后通过干压成型技术从粉状原料制得成型体。
表7原料的组成(wt％)
根据下面的加热曲线在氧化气氛下烧结成型体室温至1250℃之间为250℃/小时；1250℃至1400℃之间为30℃/小时；在1400℃下保温4小时；1400℃至1300℃之间为20℃/小时；1300℃至1000℃之间为40℃/小时；从1000℃自然冷却至室温下。利用X射线衍射技术测定得到的烧结体中存在的刚玉的数量，发现它为36.8％(重量)。此外，从烧结体中切下40mm×4mm×2mm的测试条，在30mm跨距下进行3点抗弯测试，发现它的抗弯强度为205MPa。
从上面的详细讨论可以看出，根据本发明的坯体和其制备方法可以廉价地提供氧化铝颗粒(晶体)均匀分散在玻璃相中的材料，这种材料可制备不同的制品例如餐具、绝缘子、建筑材料、机器零件和陶瓷基片。
权利要求
1.一种包含玻璃相和分散在玻璃相中的结晶相的坯体；其中的结晶相包括从玻璃相中结晶的刚玉作为主要组分。
2.一种制造包含玻璃相和分散在玻璃相中的结晶相的坯体的方法，其中的坯体包括刚玉晶体作为结晶相的主要成分，所说方法包括下面步骤将粉状原料成型，通过烧结使成型体部分或全部地玻璃化，以便从玻璃相中结晶出刚玉晶体。
3.一种如权利要求2的方法，其中原料中的玻璃化部分包括15—65％(重量)的SiO2，25—85％重量的Al2O3和1～25％(重量)的K2O＋Na2O＋CaO＋MgO作为主要组分。
4.一种权利要求2的方法，其中至少原料中的玻璃化部分包括天然原料作为主要组分。
5.一种权利要求4的方法，其中天然原料包括绢云母作为主要矿物组分。
6.一种权利要求4的方法，其中天然原料包括高岭土矿物和一种含K2O＋Na2O＋CaO＋MgO不低于5％(重量)的矿物作为主要的矿物组分。
7.权利要求2的方法，其中的原料包括粘土和一种含CaO和/或MgO作为主要成分的锻烧材料作为主要组分，而粘土又含高岭土矿物作为主要的矿物组分。
8.权利要求7的方法，其中包括CaO和/或MgO作为主要成分的锻烧材料是高铝水泥。
9.权利要求2的方法，其中原料中包括用于刚玉结晶的成核剂。
10.权利要求2的方法，其中成型体的烧结温度低于原料中待玻璃化部分形成的液相面的温度。
全文摘要
一种包括玻璃相和分散在玻璃相中的结晶相的坯体，其中的结晶相包括从玻璃相中结晶的刚玉作为主要组分。一种制造这种坯体的方法包括下面步骤将粉状原料成型、通过烧结使成型体部分或全部玻璃化，并且从玻璃相中结晶出刚玉。这种坯体和制造该坯体的方法可廉价地提供一种氧化铝颗粒(晶体)均匀分散在玻璃相中的材料，这种材料可用于制造如餐具、绝缘子、建筑材料、机器零件和陶瓷基片等制品。
文档编号C03C10/00GK1115179SQ94190750
公开日1996年1月17日 申请日期1994年9月28日 优先权日1993年10月1日
发明者松本彰夫, 西川俊也 申请人:东陶机器株式会社