本發明涉及一種陶瓷粉體組合物,具體涉及一種高強度絕熱陶瓷粉體。
背景技術:
高強度陶瓷在現代工業中扮演著重要角色,它在航天、機械、電子、半導體及精密加工等領域有許多應用。然而,由于陶瓷易碎裂這一缺陷,陶瓷的應用曾一度受到限制,但隨著工業應用的迫切需求,人們也在不斷研制強度更高,抗沖擊性能更佳的陶瓷材料。在現有技術中,陶瓷粉體的配方組成對于陶瓷煅燒后的性能有著明顯的影響,即便是微量的添加或改變,都會改變成型后陶瓷的性能,如強度、抗沖擊、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、絕熱性及耐磨損等性能,因此人們不斷致力于開發更多新型的具備更強性能的陶瓷配方。
技術實現要素:
本發明的目的在于提供一種新型的高強度絕熱陶瓷的粉體配方,其能夠滿足多領域的使用需求,如航天、汽車制造、半導體等領域。
本發明的技術方案概述如下:
一種高強度絕熱陶瓷粉體,包括以下重量份的材料:
優選的是,所述的高強度絕熱陶瓷粉體,還包括2~4重量份的氧化鎢。
優選的是,所述的高強度絕熱陶瓷粉體,還包括2~4重量份的氧化鎘。
優選的是,所述的高強度絕熱陶瓷粉體,還包括2~4重量份的氧化鈧和2~4重量份的氧化釕。
優選的是,所述的高強度絕熱陶瓷粉體,還包括2~4重量份的氧化鍺。
優選的是,所述的高強度絕熱陶瓷粉體,還包括2~4重量份的碳酸鍶。
優選的是,所述的高強度絕熱陶瓷粉體,所述碳酸鍶的粒徑為10~20nm。
本發明的有益效果是:通過對陶瓷粉體的改進優化,引入了多種具有協效作用的金屬氧化物和碳化物,有效提高了陶瓷的強度和絕熱性能。通過在粉體中添加納米級的碳酸鍶,使得該陶瓷粉體在煅燒時,能通過碳酸鍶分解出的細小二氧化碳氣體,在陶瓷內部形成多個細小空腔,這些空腔聯合形成類似蜂巢結構或多微孔結構,進一步增強了陶瓷的強度和韌性。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明,以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
本案提出一實施例的高強度絕熱陶瓷粉體,包括以下重量份的材料:
作為本案另一實施例,其中,還包括2~4重量份的氧化鎢。氧化鎢可協同提高陶瓷的絕熱性,但需要注意的是,氧化鎢的添加量應被限制,若氧化鎢的添加量小于2重量份,則不僅無法激活其協效作用,無法有效提高陶瓷的絕熱性,而且還會降低陶瓷原本的強度;若氧化鎢的添加量大于4重量份,則過量的氧化鎢會增加陶瓷粉體在煅燒后期的爆裂幾率,并影響陶瓷的強度。
作為本案又一實施例,其中,還包括2~4重量份的氧化鎘。實驗發現,氧化鎘亦可協同提高陶瓷的絕熱性,但同樣的,氧化鎘的添加量也須被限制,若氧化鎘的添加量小于2重量份,則無法激活其協效作用,從而無法有效提高陶瓷的絕熱性;若氧化鎘的添加量大于4重量份,則會影響陶瓷粉體的燒結強度,使得粉體在燒結時易出現裂紋,并且也會降低最終所得陶瓷本體的絕熱性。
作為本案又一實施例,其中,還包括2~4重量份的氧化鈧和2~4重量份的氧化釕。實驗發現,當氧化鈧和氧化釕同時添加時,兩者可彼此產生協效作用,共同提高陶瓷的強度,若當這兩者僅存其一時,則對陶瓷性能的提升則幾乎沒有。由此可見,氧化鈧和氧化釕的添加量須被限制,若偏離優選的數值范圍,則會造成兩者對陶瓷強度的提升無法到達最優值。
作為本案又一實施例,其中,還包括2~4重量份的氧化鍺。氧化鍺可以抑制陶瓷粉體在煅燒時的爆裂率,不僅如此,氧化鍺還可提高陶瓷粉體之間的粘結力和密度,從而使陶瓷本體形成更高的強度和絕熱性。但實驗數據也同樣表明,氧化鍺的添加量應被限制,不合適的添加量反而會形成負面作用。
作為本案又一實施例,其中,還包括2~4重量份的碳酸鍶。通過實驗意外發現,當陶瓷本體中能夠產生蜂巢結構或多微孔結構時,其本體的結構強度將大幅提升,因此如何在生產工藝中得到這種結構成為了一個難題,在煅燒時,無法在高溫下做出如此精細的操作,因此只能在陶瓷粉體中添加一種能夠自動產生氣泡的物質,通過這種氣泡的產生使得陶瓷本體內能夠形成多孔結構,但這種能夠自動產生氣泡的物質十分難以選擇,它需要在煅燒的后期才開始產生氣泡,若氣泡產生過早或過快,都將導致孔隙變大,這反而降低了陶瓷本體的強度。碳酸鍶就是一種理想的添加劑,它在1100℃才開始分解產生二氧化碳,且釋放速率緩慢,產生的氧化鍶對陶瓷本體也沒有任何負面作用。若選用碳酸鈣,其在小于800℃時就開始分解,導致陶瓷本體內部孔隙過大,若選擇碳酸鋇或其他碳酸金屬化物,則其分解溫度均高于1300℃,這易導致碳酸物無法分解或分解不充分,從而使孔隙分布不均,影響了陶瓷本體的性能。但需注意的是,碳酸鍶的添加量應被限制,不合適的添加量會改變孔隙的數量和大小,從而影響陶瓷的強度和絕熱性。不僅如此,碳酸鍶的粒徑也應被限制,其優選為10~20nm,碳酸鍶的粒徑決定了孔隙的大小和孔隙的分散均勻程度,若碳酸鍶的粒徑小于10nm,則產生的氣泡過小,無法穿透陶瓷本體,從而從實質上無法形成多孔結構,影響了陶瓷的強度;若碳酸鍶的粒徑大于20nm,則造成孔隙偏大,會降低陶瓷的結構韌性和強度。
陶瓷的制備方法是:首先,按上述各粉體比例稱取并混合各個材料,隨后在惰性氣體氛圍中、1200℃下煅燒2~3小時,在500℃下保溫1小時即可。
下表列出不同實施例的具體組成及其燒結后所得陶瓷的性能參數:
下表列出不同對比例的具體組成及其燒結后所得陶瓷的性能參數:
盡管本發明的實施方案已公開如上,但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用,它完全可以被適用于各種適合本發明的領域,對于熟悉本領域的人員而言,可容易地實現另外的修改,因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下,本發明并不限于特定的細節。