[发明专利]一种碳/二硅酸锂复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法，具体是涉及一种二硅酸锂为主晶相的碳/二硅酸锂复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

在科技高速发展的今天，陶瓷材料在军事、机械、航空航天和能源等领域应用广泛，对于材料在耐磨性能、耐腐蚀性能、耐高温性能、刚度、硬度、强度等各个方面的需求在日益提高。在近几十年的时间内，研究者们对微晶玻璃的析晶机理、制备技术和组成设计技术进行了长时间的探索研究。 二硅酸锂微晶玻璃是一种以析出的二硅酸锂（Li₂Si₂O₅）为主要晶相的一系列微晶玻璃的统称，这种系列的微晶玻璃有许多优点，例如低熔点和膨胀系数可调，所以在生物医学领域和电子封装领域内有广泛的应用，尤其在齿科领域更是有较高的利用价值。目前制备二硅酸锂微晶玻璃常采用熔融法、热压烧结法和真空热压烧结制备工艺，常见的用氧化锆和稀土元素作为二硅酸锂的增强相，如中国专利CN200710072597.0和CN200910043711.6。但对于碳/二硅酸锂复合陶瓷材料的研究还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种制备方法简单，节能环保，生产成本较低，具有较好的机械性能，化学稳定性好，耐磨损性能和自润滑性能好的碳/二硅酸锂复合陶瓷材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种碳/二硅酸锂复合陶瓷材料，其特征是：其以SiO₂、Li₂O、P₂O₅、ZnO、CaO、K₂O和碳粉为原料，各组份的质量百分比为：SiO₂ 67.6～73.6%、Li₂O 16.9～18.7%、P₂O₅ 2.3～5.3%、ZnO 0.8～3.1%、CaO 1.1～2.3%、K₂O 1.8～5.3%、碳粉 0.2～0.9%；在1400oC-1500oC对上述氧化物组成的玻璃混合料进行晶化热处理，得到基础玻璃体，与碳粉混合球磨后通过热压烧结，高温脱模并随炉冷却，即得到碳/二硅酸锂复合陶瓷材料。

本发明上述碳/二硅酸锂复合陶瓷材料的制备方法，其特征是：其包括以下几个步骤：

1）按比例称取SiO₂、Li₂O、P₂O₅、ZnO、CaO、K₂O和碳粉，将SiO₂、Li₂O、P₂O₅、ZnO、CaO和K₂O粉末状原料经混合球磨，球磨6-12小时后烘干，得到混合均匀的玻璃混合料；

2）将刚玉坩埚放入电阻炉中加热至1400-1500oC迅速拿出，然后将步骤1)中的玻璃混合料放入已加热到1400-1500oC的刚玉坩埚中，接着立刻把装有玻璃混合料的刚玉坩埚重新放入电阻炉中，保温30-40min，然后取出，倒入蒸馏水中进行淬火，得到基础玻璃体；

3）将步骤2)中得到的基础玻璃体磨成细小的玻璃粉末，然后与碳粉混合球磨2小时后，烘干，随后放入模具中，进行预压； 

4）直接将预压后的装有原料粉末的模具放入热压炉中，在空气气氛下加热至820-850oC，在无压状态下保温1h，随后加压至32-40Mpa，保温1-2h，接着高温脱模并随炉冷却，即得到以二硅酸锂为主晶相的碳/二硅酸锂复合陶瓷材料。

本发明制备的复合材料具有较好的机械性能，强度较高，化学稳定性好，灰黑色不透明，碳含量约占0.2-0.9wt%，在切削时会逐渐出现抗切削性能；这种材料的制备方法简单易操作，节能环保无污染，不引入重金属离子和有毒物质，对设备要求较低，生产成本较低。本发明制备的碳/二硅酸锂复合陶瓷材料还具有良好的耐磨损性能和自润滑性能，适于作为金刚石刀片和金刚石砂轮的修整材料使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。