[发明专利]含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温结构陶瓷领域，具体涉及含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料的制备方法。

背景技术

熔融石英陶瓷又称为石英玻璃陶瓷、石英玻璃烧结制品。熔融石英陶瓷在1300℃高温使用条件下，因构成熔融石英陶瓷的微细熔融石英为玻璃态，且微细熔融石英颗粒表面能量状态高，熔融石英颗粒更易晶化为方石英，则熔融石英陶瓷的物相由熔融石英大部转化为α-方石英，熔融石英的低热膨胀特性基本消失，在相变的过程中伴随一定的体积变化使得熔融石英陶瓷材料的强度降低、材料开裂，使用安全性可靠性大大将低。

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。

国外学者对熔融石英的光学性能和电学性能以及核性能等方面的进行了研究，而对熔融石英材料晶化抑制的研究甚少。国内部分研究者曾使用过常规粉体(粒径大于5微米)的Al₂O₃、B₂O₃、Na₂O、H₃BO₃、Si₃N₄、P₂O₅、Y₂O₃、La₂O₃作为熔融石英陶瓷的析晶抑制剂。这些添加剂虽然对熔融石英高温晶化具有一定的抑制析晶的作用，但是晶化抑制效果并不理想，当温度升高至1300℃以上温度时，熔融石英陶瓷材料仍会出现较明显的析晶现象。

本发明是采用纳米氧化锌作为晶化抑制剂引入到熔融石英陶瓷材料粉体中，粉体经成型及高温烧结后制得含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料。与未引入纳米氧化锌的纯熔融石英陶瓷材料空白样品比较，该熔融石英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

本发明的目的在于克服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、安全可靠性高的含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料的制备方法。

本发明的技术方案与技术特征为：

本发明为一种含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料的制备方法，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％，纳米氧化锌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为0.010～0.060mm，熔融石英细粉纯度的重量百分比为：SiO₂≥99.0％。纳米氧化锌的粒径＜100nm，纳米氧化锌纯度的重量百分比为：ZnO≥98.0％。

坯料制备方法：纳米氧化锌按重量配比计量后加入一定量无水乙醇搅拌0.5～2小时，然后在不断搅拌状态下逐步熔融石英细粉进行湿混，继续搅拌混合0.5～2小时后水浴加热搅拌至干燥粉体，将该粉体打散后在不断搅拌状态下逐步加入质量浓度1.5～2％的聚乙烯醇溶液5～7％(重量百分比，外加)，继续搅拌混合2～3分钟后过80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4～6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℃～80℃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。

坯体烧成方法：干燥后的坯体经1300～1400℃高温烧成，保温1～3小时后获得含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料。

具体实施方式

实施例1