一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷及其制備方法。該氧化鎂陶瓷采用高純度輕質氧化鎂為原料，高純度的五氧化二釩、氧化釔、氧化鋁以及二氧化鈦的一種或多種混合為添加劑制備而成，其中氧化鎂含量≥93wt%、相對致密度≥97%，添加劑含量為0-7wt%，氧化鈣、氧化鐵等雜質總含量<1wt%。通過混料、干燥、造粒、成型和燒結的工藝制備得到所述氧化鎂陶瓷。本發明氧化鎂陶瓷具有純度高、致密度高、耐高溫、耐腐蝕、氣密性好、無污染等特點，可長期應用于高溫燒結、冶煉金屬等高溫、耐腐蝕性環境，且制備工藝穩定、成品率高、適應范圍廣，適于批量化生產。
【專利說明】一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷及其制備方法，屬于結構陶瓷及耐火材料領域。
【背景技術】
[0002]氧化鎂陶瓷屬于立方晶系，熔點在2800°C左右，莫氏硬度為5-6，高溫下比體積電阻值較高，有良好的絕緣性。氧化鎂陶瓷的高溫穩定性、耐腐蝕性能優于氧化鋁陶瓷，可以在強堿金屬腐蝕性環境下使用。比如應用于鈉硫電池Beta氧化鋁-Al2O3)固體陶瓷電解質管的高溫燒結，它在高溫下耐堿性腐蝕，使用壽命長，可以有效彌補剛玉等高溫常規耐火材料在一些苛刻高溫環境應用的不足。此外，氧化鎂與許多金屬接觸時不發生化學反應，在惰性氣氛中，即使溫度高達1800°C，氧化鎂與鎳、鑰、鈮等金屬也不發生反應。因此，氧化鎂管、坩堝可用于熔煉各種合金鋼、高溫合金而不污染合金溶液。
[0003]目前國內市場上氧化鎂陶瓷制品多為純度或致密度較低的產品，用于耐火材料、陶瓷坩堝及熱電偶保護管等。專利200810156563.4公布了一種煉鋼用氧化鎂質耐火材料及施工方法，其產品氧化鎂含量為93%-95%，密度<3g/cm3。專利201010281144.0公布了一種高致密氧化鎂陶瓷的制備方法，使用納米級高純堿式碳酸鎂，經過煅燒、成型、燒結獲得氧化鎂陶瓷，對原料要求較高。專利201010563871.6提供了一種使用凝膠注模工藝制備高致密氧化鎂陶瓷的方法，其工藝相對復雜，要使用較多有機物。高純度氧化鎂陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕等優點，但高純度氧化鎂陶瓷較難致密燒結，使用高純度輕質氧化鎂為原料，由于其堆積密度低、反應活性強，使得制粉、成型有一定困難，特別是制備高致密度大尺寸氧化鎂管、坩堝容易產生變形、開裂等現象。
【發明內容】
[0004]本發明針對目前氧化鎂陶瓷制備方法的不足和市場對高性能氧化鎂陶瓷產品的需求，提出了一種制備高純度、高致密度氧化鎂陶瓷及其制備方法，該氧化鎂陶瓷具有純度高、致密度高的特點，可長期應用于高溫燒結、冶煉金屬等高溫、耐腐蝕性環境。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷，其特征在于，該氧化鎂陶瓷采用高純度輕質氧化鎂為原料，高純度的五氧化二釩、氧化釔、氧化鋁以及二氧化鈦的的一種或多種混合為添加劑制備而成，其中氧化鎂含量> 93wt%、相對致密度> 97%，添加劑含量為0-7wt%，氧化鈣、氧化鐵等雜質總含量<lwt%。
[0006]所述添加劑的組成成分如下:0_3wt%的五氧化二釩、0_6wt%的氧化釔、0_5wt%的氧化鋁、0-4wt%的二氧化鈦。
[0007]—種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
(I)將原料粉體按照一定的比例組成稱量，混合均勻，按照每Ig混合粉體加入0.5-3mL的液體球磨介質，濕磨混料2-40小時，得到均勻混合的陶瓷漿料；(2)將所述陶瓷漿料進行干燥、造粒，獲得流動性好、顆粒尺寸為5-500Pm、堆積密度，
0.5-1.5g/cm3的陶瓷粉體，所述干燥、造粒工藝可以選用噴霧干燥方法，也可采用加壓、成型再破碎的工藝及其他造粒工藝；
(3)將所得陶瓷粉體進行成型獲得陶瓷坯體，通常采用冷等靜壓在100-300MPa壓力下保壓1-20分鐘成型，并按照需要進行預加工處理；
(4)將所述陶瓷坯體在高溫燒結爐中按照特定燒結制度高溫燒結獲得氧化鎂陶瓷。
[0008]所述干燥、造粒工藝可以選用噴霧干燥方法，也可采用加壓、成型再破碎的工藝及其他造粒工藝。
[0009]所述燒結制度為:以1°C /min-20°c /min的升溫速率從室溫升溫到400-600°C保溫0-100分鐘，以1°C /min-15°c /min的升溫速率升溫到800°C -1200°C，保溫0-100分鐘，以1°C /min-10°C /min的升溫速率升溫到1500-1800°C保溫1-10小時，然后以1°C /min-20°C /min的降溫速率冷卻至室溫。
[0010]本發明的有益效果:
本發明制得的氧化鎂陶瓷具有純度高、致密度高、耐高溫、耐腐蝕、氣密性好、無污染等特點，可長期應用于高溫燒結、冶煉金屬等高溫、耐腐蝕性環境。本發明制備工藝穩定、成品率高、適應范圍廣，適于批量化生產的特點，且不受具體陶瓷形狀限制，適用于制備各種尺寸、形狀的氧化鎂陶瓷，如氧化鎂坩堝、氧化鎂陶瓷棒、氧化鎂陶瓷管等，特別適用于制備用于燒結鈉硫電池P "-Al2O3固體陶瓷電解質管的大長徑比氧化鎂陶瓷坩堝，并有效解決了大長徑比氧化鎂陶瓷管燒結變形、開裂的問題，陶瓷管燒結成品率幾乎百分之百。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為燒結氧化鎂陶瓷斷面SEM圖，陶瓷燒結致密，內部無明顯氣孔。
[0012]圖2為燒結氧化鎂陶瓷管照片，所制備氧化鎂陶瓷管產品成品率高、致密度高，根據厚度不同，具有一定的半透明度。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
將99.2g純度≥99.9%的輕質氧化鎂粉體和0.2g五氧化二fL、0.1g氧化招以及0.5g二氧化鈦粉體放入球磨罐中，加入球磨介質和氧化鋯球200g，以200轉/分的轉速球磨10小時，獲得氧化鎂漿料；將所得漿料在70°C烘干20小時，然后所得烘干粉體放入冷等靜壓橡膠模具中在150MPa壓力下進行預壓，然后使用粉碎機將預壓后的塊體進行粉碎，得到堆積密度約為0.8g/cm3的陶瓷粉體；將所得粉體使用粉末壓片模具和壓片機在IOOMPa壓片成型，所得圓片在1590°C燒結I小時，升降溫速率為3°C /min，得到致密氧化鎂陶瓷圓片。其氧化鎂含量>99%、致密度為3.5g/cm3。
[0014]實施例2
稱取97g純度>99%的輕質氧化鎂粉體、0.5g五氧化二釩和2.5g氧化釔粉體,加入球磨介質和氧化鋯球200g，以250轉/分的轉速球磨5小時，獲得氧化鎂漿料；將所得漿料使用噴霧干燥機噴霧干燥并造粒，獲得流動性好的氧化鎂粉體；將所得粉體使用粉末壓片模具和壓片機在50MPa壓片成型，然后冷等靜壓200MPa處理，所得圓片在1550°C燒結100分鐘，升降溫速率為3°C /min，得到致密氧化鎂陶瓷圓片。其氧化鎂含量>96%、致密度為3.5g/
[0015]實施例3
稱取1950g純度>99.9輕質氧化鎂粉體和5g氧化鋁、45g氧化釔粉體，加入球磨介質和球磨球在滾筒式混料機中混料12小時，得到均勻混合的陶瓷粉體漿料；將所得漿料在60°C烘干20小時，然后所得烘干粉體放入冷等靜壓橡膠模具中在150MPa壓力下進行預壓，然后使用粉碎機將預壓后的塊體進行粉碎造粒得到成型性好的粉體；將所得粉體裝入冷等靜壓用陶瓷管成型模具，在200MPa成型獲得尺寸為外徑①85mm內徑O73mm長396mm的陶瓷管坯體；對坯體進行簡單加工后將陶瓷管坯體置于高溫爐內進行燒結，燒結制度為以6°C /min的升溫速率從室溫升溫到500°C保溫30分鐘，以4°C /min的升溫速率升溫到900°C，保溫60分鐘，以3°C /min的升溫速率升溫到1720°C保溫I小時，然后以3°C /min的降溫速率冷卻至室溫。燒結后獲得純度>97%、致密度為3.56g/cm3的陶瓷管陶瓷管，尺寸為外徑O71mm內徑061mm長331mm的氧化續陶瓷管。
[0016]實施例4
稱取983g純度>99.9輕質氧化鎂粉體、2g五氧化二釩、8g氧化釔和7g 二氧化鈦粉體，在滾筒式混料機中混料8小時，得到均勻混合的陶瓷粉體漿料；將所得漿料在60°C烘干20小時，然后所得烘干粉體放入冷等靜壓橡膠模具中在150MPa壓力下進行預壓，然后使用粉碎機將預壓后的塊體進行粉碎造粒得到成型性好的粉體；將所得粉體裝入冷等靜壓用一端封閉陶瓷管成型模具，在200MPa成型獲得尺寸為外徑O 79mm內徑O66mm長338mm的一端封閉陶瓷管坯體；對坯體進行簡單加工后將陶瓷管坯體在高溫爐內進行燒結，燒結制度為以4°C /min的升溫速率從室溫升溫到1000°C保溫60分鐘，以3°C /min的升溫速率升溫到1650°C，保溫60分鐘，然后以3°C /min的降溫速率冷卻至室溫。燒結后獲得純度>98%、致密度為3.53g/cm3的陶瓷管，尺寸為外徑(666111111內徑C>55mm長282mm的一端封閉氧化鎂陶瓷管。
[0017]以上實施例僅供輔助說明本
【發明內容】
，但并不局限于所述實例。相關領域專業技術人員，在本
【發明內容】
及實施例所述技術上，做出的不脫離本發明范圍的修改、延伸技術仍屬于本發明的范疇，具體由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷，其特征在于，該氧化鎂陶瓷采用高純度輕質氧化鎂為原料，高純度的五氧化二釩、氧化釔、氧化鋁以及二氧化鈦的的一種或多種混合為添加劑制備而成，其中氧化鎂含量> 93wt%、相對致密度> 97%，添加劑含量為0-7wt%，氧化鈣、氧化鐵等雜質總含量<lwt%。
2.根據權利要求1所述的一種高純度、高致密度氧化鎂陶瓷，其特征在于，所述添加劑的組成成分如下:0-3wt%的五氧化二釩、0-6wt%的氧化釔、0-5wt%的氧化鋁、0-4wt%的二氧化鈦。
3.—種如權利要求1所述的高純度、高致密度氧化鎂陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將原料粉體按照一定的比例組成稱量，混合均勻，按照每Ig混合粉體加入0.5-3mL的液體球磨介質，濕磨混料2-40小時，得到均勻混合的陶瓷漿料； (2)將所述陶瓷漿料進行干燥、造粒，獲得流動性好、顆粒尺寸為5-500u m、堆積密度，0.5-1.5g/cm3的陶瓷粉體，所述干燥、造粒工藝可以選用噴霧干燥方法，也可采用加壓、成型再破碎的工藝及其他造粒工藝； (3)將所得陶瓷粉體進行成型獲得陶瓷坯體，通常采用冷等靜壓在100-300MPa壓力下保壓1-20分鐘成型，并按照需要進行預加工處理； (4)將所述陶瓷坯體在高溫燒結爐中按照特定燒結制度高溫燒結獲得氧化鎂陶瓷。
4.根據權利要求3所述的高純度、高致密度氧化鎂陶瓷的制備方法，其特征在于，所述干燥、造粒工藝可以選用噴霧干燥方法，也可采用加壓、成型再破碎的工藝及其他造粒工藝。
5.根據權利要求3所述的高純度、高致密度氧化鎂陶瓷的制備方法，其特征在于，所述燒結制度為:以1°C /min-20°C /min的升溫速率從室溫升溫到400-600°C保溫0-100分鐘，以1°C /min-15°C /min的升溫速率升溫到800°C -1200°C，保溫0-100分鐘，以1°C /min-10oC /min的升溫速率升溫到1500-1800°C保溫1-10小時，然后以1°C /min-20°C /min的降溫速率冷卻至室溫。
【文檔編號】C04B35/04GK103601473SQ201310539150
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月4日 優先權日:2013年11月4日
【發明者】宋春軍, 秦曉英, 辛紅星, 張建, 李地, 劉永飛, 李亮亮 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院