[发明专利]含氧化镱的熔融石英陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温结构陶瓷领域，具体涉及含氧化镱的熔融石英陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

直接成型熔融石英制品是将玻璃态熔融石英熔体经吹制、压制等工艺制成。由熔融石英 直接成型的熔融石英制品具有耐高温、抗化学侵蚀、抗热震等优良性能，在电子信息、导弹 及航天器的雷达天线罩、高温匣钵(焙烧荧光粉、磁性材料粉)等领域获得较好的应用效果。 直接成型熔融石英制品在高温使用过程中经受热应力或机械应力作用时，玻璃态的熔融石英 易失透晶化，导致直接成型熔融石英制品易发生裂纹动态扩展，制品的强度及抗热震等性能 劣化、使用次数和安全可靠性大大降低。

熔融石英陶瓷材料是以熔融石英玻璃碎块为原料，经磨细、制浆、浇注成型后烧结而成； 或经磨细、压力成型及烧结制得。由熔融石英制备的熔融石英陶瓷材料比直接成型熔融石英 制品的晶化危害程度低，可使用于1000℃以上的高温环境，并具有优良的抗热震性能。因此 熔融石英陶瓷材料在玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金、电子、军工导弹、航天器等领域得到 较广泛的应用。

但是，熔融石英陶瓷材料中的熔融石英颗粒仍为不稳定高能态物质，熔融石英晶化为方 石英的过程具有自动进行的趋势，该晶化过程伴随有较大的体积膨胀效应，且晶化后的方石 英比熔融石英的热膨胀系数大的多。熔融石英陶瓷材料在高温使用条件下或经历高温差的温 度急变时，因熔融石英晶化的体积膨胀作用，或者因方石英的晶型转变伴随较大的体积变化， 而导致熔融石英陶瓷材料产生裂纹，甚至因裂纹扩展导致材料开裂损毁。因此，减小熔融石 英陶瓷材料高温使用时的晶化作用，寻求抑制熔融石英颗粒晶化的技术途径，提高其使用的 安全性及可靠性，成为熔融石英陶瓷材料需要解决的研究与应用课题。

近年来，国内进行了熔融石英陶瓷材料增强与析晶抑制的研究，部分研究者如采用纳米 SiC颗粒、SiC纤维、SiC晶须等引入熔融石英陶瓷基体中，对改善熔融石英陶瓷材料的力学 性能发挥了重要作用；另有部分研究者采用单一的H₃BO₃、Si₃N₄、Al₂O₃等作为添加剂引入 到熔融石英陶瓷基体中，获得了较好的析晶抑制效果。在此方面，国外还未见有研究报道。

本发明采用氧化镱微细颗粒引入到熔融石英陶瓷材料粉体中，经成型及高温烧结后制得 含氧化镱的熔融石英陶瓷材料，与未引入氧化镱的纯熔融石英陶瓷材料空白样品比较，该陶 瓷材料具有强度高、晶化程度低、热膨胀系数小等优点，是一种安全性可靠性程度更高的熔 融石英陶瓷材料。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

本发明的目的在于上述现有技术中的不足，提供一种强度高、低热膨胀、抗热震性能好 的含氧化镱的熔融石英陶瓷材料及其制备方法。

本发明的技术方案与技术特征为：

本发明为一种含氧化镱的熔融石英陶瓷材料及其制备方法，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：熔融石英细粉97～99％，氧化镱细粉1～3％。该陶瓷材料制 备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体烧成。

熔融石英细粉的粒径＜0.043mm，熔融石英细粉纯度的重量百分比为：SiO₂≥99.9％。

氧化镱细粉的粒径为＜0.030mm，氧化镱细粉纯度的重量百分比为：Yb₂O₃≥99.9％。

坯料制备方法：将熔融石英细粉、氧化镱细粉按配比计量后进行干混2～3分钟，然后在 不断搅拌状态下逐步加入质量浓度2％的聚乙烯醇溶液结合剂7％(重量百分比，外加)，继 续搅拌混合2～3分钟后过40目筛，过筛后继续搅拌1～2分钟后置于密闭塑料袋中困料，经 4小时困料后获得可供压力成型的坯料。

坯体成型方法：将上述混合均匀并经困料的坯料采用液压机成型为坯体，坯体成型压强 为≥50MPa。

坯体干燥方法：将成型后坯体在20℃室温干燥4～6小时，之后在60℃～70℃干燥1～2 小时，最后经100℃干燥1～2小时获得供烧成的干燥坯体。