[发明专利]一种利用天然矿物为原料的氮化硅晶须-氮化铝-刚玉三元复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用天然矿物为原料的氮化硅晶须‑氮化铝‑刚玉三元复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，所述基料的组成为铝硅酸盐矿物65～85wt％、金属铝粉10～30wt％、金属硅粉5～10wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。此外，还公开了上述利用天然矿物为原料的氮化硅晶须‑氮化铝‑刚玉三元复合陶瓷材料的制备方法。本发明采用天然铝硅酸盐矿物‑金属铝粉‑金属硅粉为原料体系，通过原位合成的方式引入氮化硅晶须、氮化铝和刚玉，不仅节约了原料成本，简化了制备工艺，而且有效解决了现有技术工业粉料和骨料不易混匀的问题，提高了刚玉基复合陶瓷材料的品质与性能，有利于推广应用和行业技术的进步与发展。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种氮化硅晶须-氮化铝-刚玉复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

刚玉陶瓷是一种应用广泛的材料，具有强度高、耐腐蚀性好、耐火度高等特点，可作坩埚、辊道等高温用途。但刚玉陶瓷具有热膨胀系数高、韧性差、抗热震性差等缺点，所以其作为高温结构陶瓷的使用时，尺寸规格受到了一定的限制。这是因为尺寸规格越大，材料的抗热震性越差。而氮化硅和氮化铝具有高热导率、低膨胀和高抗热震性等优点，恰好可以弥补刚玉陶瓷性能方面的不足，因此氮化硅晶须-氮化铝-刚玉三元复合陶瓷材料是综合了三者优点的复相陶瓷材料，在耐火材料、研磨材料等领域具有广泛的应用。

目前，现有技术刚玉基复合陶瓷材料的制备，主要是以工业级氮化硅粉、氮化铝粉和刚玉粉为原料，即以刚玉粉为骨料，混入氮化硅粉和氮化铝粉进行改性。这种材料体系普遍存在着原料成本高、混料不匀、性能不均等问题。即便有研究采用了原位合成晶须的方式引入氮化硅等原料，但铝源和硅源仍旧选用的是工业级原料，不仅产品成本高，而且不易成型，产品成品率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用天然矿物为原料的氮化硅晶须-氮化铝-刚玉三元复合陶瓷材料，采用天然矿物-金属铝粉-金属硅粉为原料体系，以便通过原位合成方式引入氮化硅晶须、氮化铝和刚玉，而获得高性能、低成本的氮化硅晶须-氮化铝-刚玉材料。本发明的另一目的在于提供上述利用天然矿物为原料的氮化硅晶须-氮化铝-刚玉复合陶瓷材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种利用天然矿物为原料的氮化硅晶须-氮化铝-刚玉三元复合陶瓷材料，包括基料和结合剂，所述基料的组成为铝硅酸盐矿物65～85wt％、金属铝粉10～30wt％、金属硅粉5～10wt％，所述结合剂的用量为基料的6～12wt％。

进一步地，本发明所述铝硅酸盐矿物为天然高岭土、球土、红柱石、硅线石、蓝晶石、铝矾土的一种、二种或三种组合。

进一步地，本发明所述铝硅酸盐矿物的粒度为80～325目；所述金属铝粉的粒度为100～700目；所述金属硅粉的粒度为325～700目。

上述方案中，本发明所述结合剂为水、糊精、废纸浆液、浓度5wt％的PVA溶液中的一种或其组合。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述利用天然矿物为原料的氮化硅晶须-氮化铝-刚玉三元复合陶瓷材料的制备方法如下：将所述基料混合后，加入结合剂混合均匀；压制成型、干燥后得到的生坯，在氮气氛、埋氮化硅骨料条件下进行烧结，烧成后即制得氮化硅晶须-氮化铝-刚玉三元复合陶瓷材料。

进一步地，本发明制备方法所述干燥后的生坯其水分含量＜1％。

上述方案中，所述烧结温度为1350～1600℃，烧成时间为1～3h。

本发明具有以下有益效果：