[发明专利]一种高致密度石英陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种高致密度石英陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

英纤维增强石英陶瓷基复合材料既保留了石英陶瓷基体所具备的热膨胀系数小、强度高和热稳定性好等优点，又有效克服了脆性陶瓷基体对裂纹和热冲击的敏感性，目前已经在多种型号上得到了应用。立体编织结构的石英纤维增强石英陶瓷复合材料制备成本高、生产周期长，因此在某些领域可以用低成本的针刺结构石英纤维增强陶瓷基复合材料取代立体编织结构的复合材料。

针刺结构的编织体与立体编织结构相比，气孔率高、层间结合较弱，因此与石英基体复合后无论强度还是致密化程度都有一定的差距。弥补这一缺陷，改善针刺结构石英纤维复合材料的性能，扩宽其应用范围十分必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高致密度石英陶瓷材料及其制备方法，该石英陶瓷材料具有较高的密度和压缩强度。

本发明的技术方案如下：

一种高致密度石英陶瓷材料，包括以下重量百分比的原料：稀土氧化物超微细粉5-10％、金属氧化物超微细粉5-15％、氧化锆粉10-20％，余量为石英粉。

进一步的，所述稀土氧化物选自氧化铈、氧化镝、氧化铒、氧化铕、氧化镧、氧化钕、氧化钇、氧化钐中的一种或多种。

进一步的，所述稀土氧化物选自氧化铈和氧化镝，氧化铈和氧化镝的重量比为1-3:1。

进一步的所述稀土氧化物选自氧化钇和氧化钐，氧化钇和氧化钐的重量比为1-3:1。

进一步的所述稀土氧化物超微细粉的粒径为10-100nm。

进一步的所述金属氧化物选自氧化钛、氧化铝、氧化镁中的一种或多种。

进一步的所述金属氧化物超微细粉的粒径为10-100nm。

如上所述的高致密度石英陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将稀土氧化物超微细粉、金属氧化物超微细粉、氧化锆粉和石英粉按配比混合均匀后放入球磨机进行研磨，混合均匀后，得到混合粉体；

S2：将步骤S1得到的混合粉体放入高温炉中进行高温高压煅烧，煅烧温度为1350-1550℃，煅烧压力为2-4GPa，煅烧时间为4-8h；

S3：煅烧结束后，随炉冷去至室温，取出，即得到高致密度石英陶瓷材料。

本发明以石英陶瓷粉为主要原料，加入一定比例的金属氧化物超微细粉和稀土氧化物超微细粉，超微细粉尺寸在100nm以下，可以填充到石英陶瓷粉的空隙中，从而实现材料的致密化。

本发明的金属氧化物超微细粉在石英陶瓷材料中可以形成特殊的结构，能够保护石英不受氧化的侵蚀，另一方面也能增强陶瓷材料的物理性能。

添加稀土氧化物超微细粉的目的是为了在烧结或者加热处理过程中能够和石英粉中多余的氧元素发生反应，以净化石英晶粒，提高热导率。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明的实施方式，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种高致密度石英陶瓷材料的原料及重量百分比如下：氧化铈超微细粉4％、氧化镝超微细粉2％、氧化钛超微细粉5％、氧化锆粉10％，石英粉79％。

制备方法的步骤为：

S1：将稀土氧化物超微细粉、金属氧化物超微细粉、氧化锆粉和石英粉按配比混合均匀后放入球磨机进行研磨，混合均匀后，得到混合粉体；

S2：将步骤S1得到的混合粉体放入高温炉中进行高温高压煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧压力为2GPa，煅烧时间为4h；

S3：煅烧结束后，随炉冷去至室温，取出，即得到高致密度石英陶瓷材料。

实施例2

一种高致密度石英陶瓷材料的原料及重量百分比如下：氧化铈超微细粉5％、氧化镝超微细粉3％、氧化钛超微细粉10％、氧化锆粉15％，石英粉67％。

制备方法的步骤为：

S1：将稀土氧化物超微细粉、金属氧化物超微细粉、氧化锆粉和石英粉按配比混合均匀后放入球磨机进行研磨，混合均匀后，得到混合粉体；

S2：将步骤S1得到的混合粉体放入高温炉中进行高温高压煅烧，煅烧温度为1450℃，煅烧压力为3GPa，煅烧时间为6h；

S3：煅烧结束后，随炉冷去至室温，取出，即得到高致密度石英陶瓷材料。

实施例3

一种高致密度石英陶瓷材料的原料及重量百分比如下：氧化铈超微细粉6％、氧化镝超微细粉4％、氧化钛超微细粉15％、氧化锆粉20％，石英粉55％。