一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法技术

本发明专利技术属于陶瓷工业领域，公开了一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法。所述方法包括步骤如下：以重量百分比计，将5％～15％的磷酸三钙和85％～95％陶瓷坯料，以湿法球磨的方式粉碎混磨均匀，烘干研磨成粉末，干压成型制得陶瓷生坯，生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。该方法制备的高韧性陶瓷样品以针状莫来石和钙长石为主晶相，方石英为次晶相，Si-O系和P-O系复合玻璃相为粘结相，这种结构晶相之间、晶相和玻璃相之间的热膨胀系数更加匹配，能够有效的减少陶瓷烧成过程中微裂纹的产生，大幅度提高陶瓷产品的韧性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷工业领域，涉及硅酸盐工业陶瓷制备，具体涉及一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法。
技术介绍
我国是陶瓷生产大国，传统陶瓷非常发达，产量多年居世界首位。目前陶瓷行业面临的挑战主要有：陶瓷生产能耗较大；产品的抗冲击强度偏低，韧性较差；优质的原料日益减少。传统的粘土—石英—长石体系中，瓷体主要以方石英(α-SiO2)、莫来石(Al6Si2O13)为主晶相，Si-O玻璃为粘结相。其中方石英颗粒尺寸一般为几微米到十几微米之间，莫来石主要为鳞片状和颗粒状的一次莫来石，方石英热膨胀系数为11×10-6/℃，莫来石热膨胀系数为5.7×10-6/℃，长石质玻璃相的热膨胀系数为5.3～5.8×10-6/℃，可见方石英与莫来石、长石质玻璃的热膨胀系数相差很大，在烧成过程中，由于各相收缩不匹配，容易导致产品产生微裂纹，降低陶瓷产品的强度和热稳定性，影响产品质量。以钙、铝、硅、氧为主要组成的钙长石(CaAl2Si2O8)热膨胀系数为4.9～5.5×10-6/℃，与莫来石晶相和长石质玻璃相都很接近，以钙长石取代部分方石英作为陶瓷的主晶相，有助于降低主晶相之间、主晶相和玻璃相之间的热膨胀系数差异。同时钙长石为针状形貌，针状主晶相的存在有利于改善陶瓷显微结构，提高产品性能，特别是韧性。利用钙长石增韧陶瓷已早有研究，但其研究主要偏向于根据晶体化学组成设计原料配方，主要为SiO2、Al2O3和CaCO3等，合成得到单一的钙长石/莫来石复合相材料，合成温度一般在1400℃以上，并且工艺复杂。钙通常是以钙盐加入到陶瓷坯料中的方式引入，钙盐的种类很多，其中采取磷酸钙的方式，在引入钙的同时，也引入磷。和硅相似，在高温下磷也容易形成玻璃相，并且Si-O系和P-O系复合玻璃相热膨胀系数为5.6～6.2×10-6/℃，与长石质玻璃相、莫来石晶相和钙长石晶相都很匹配，不会对产品性能造成不利影响。磷酸三钙以白色晶体或无定型粉末存在，主要应用于制备食品添加剂、生物陶瓷、骨质瓷、染色剂、荧光粉等
技术实现思路
针对目前陶瓷行业中烧成温度高、高品质原料日益减少、产品性能有待提高等问题，本专利技术的目的在于提供一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，所述方法能够改善陶瓷产品的韧性。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤：(1)将磷酸三钙和陶瓷坯料混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；(2)将步骤(1)所得浆料过筛、烘干，研磨成粉末，再过筛、干压成型、保压，制得陶瓷生坯；(3)将所述陶瓷生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。在上述利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法中：优选的，步骤(1)所述磷酸三钙的掺入量占磷酸三钙和陶瓷坯料总质量的5％～15％；优选的，步骤(1)所述陶瓷坯料的组成及质量百分含量为：SiO2：65.14％～70.27％、Al2O3：18.01％～22.56％、K2O：1.68％～2.24％、Na2O：0.4％～0.97％、MgO：0.13％～0.48％、Fe2O3：0.37％～0.82％、CaO：0.15％～0.52％、P2O5：0.10％～0.23％、烧失：7.61％～8.44％；优选的，步骤(2)所述烘干的温度为100℃；优选的，步骤(2)所述保压的压力为15MPa，保压时间为1分钟；优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的温度为1180～1280℃；更优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的温度为1200～1240℃；优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的保温时间为60～90分钟；更优选的，步骤(3)所述陶瓷生坯烧成的保温时间为70～80分钟。本专利技术的原理：本专利技术将磷酸三钙引入到陶瓷坯料中，一方面作为钙质元素的来源，在烧成过程中生成钙长石，同时钙质元素的引入，能够降低陶瓷烧成过程中液相出现的温度，改变高温熔体的理化性质，有助于石英和鳞片状、颗粒状的一次莫来石的熔融，进而生成针状的二次莫来石，从而可以在较低温度下形成优异的晶体结构：较多的针状莫来石和钙长石晶体，少量方石英；另一方面作为磷元素的来源，在产品中生成Si-O系和P-O系复合玻璃相，石英在P-O系玻璃中的熔融温度相对Si-O系玻璃低50℃～200℃，可进一步加速方石英的熔融和二次莫来石、钙长石的生成。最终形成以针状莫来石和钙长石为主晶相、Si-O系和P-O系复合玻璃相的显微结构，各相之间热膨胀系数相匹配，能够减少陶瓷烧成过程中显微裂纹的产生，显著提高陶瓷产品的抗冲击韧性和强度。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术利用磷酸三钙提供了钙和磷，在陶瓷烧成过程中生成钙长石以及Si-O系和P-O系复合玻璃相，可以大幅度提高陶瓷产品的抗冲击韧性。钙质元素的引入降低了烧成过程中液相出现的温度，改变了高温液相的理化性质，加快石英的熔融和针状二次莫来石的生成；同时方石英在P-O系玻璃中的熔融温度相对Si-O系玻璃低50℃～200℃，进一步加速了石英的熔融，从而陶瓷产品可以在较低温度下形成优异的显微结构：以针状莫来石和钙长石为主晶相，方石英为次晶相，Si-O系和P-O系复合玻璃为粘结相。(2)本专利技术引入磷酸三钙后烧成的陶瓷产品主晶相之间、主晶相和玻璃相之间热膨胀系数相匹配，能够显著减少烧成过程中微裂纹的产生，从而提高陶瓷产品的热稳定性和强度。附图说明图1未添加磷酸三钙的普通陶瓷样品扫描电镜照片(放大5000倍)。图2实施例1添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的扫描电镜照片(放大5000倍)。图3实施例1添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的扫描电镜照片(放大20000倍)。图4未添加磷酸三钙的普通陶瓷样品的X射线衍射分析图谱。图5实施例1添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的X射线衍射分析图谱。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤：(1)以重量百分比计，将磷酸三钙15％和陶瓷坯料85％(化学组成见表1)混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；在湿法球磨中，磨球、混合物料及水的质量比为：磨球:混合物料:水＝1.2:1:0.8，球磨时间为2h；(2)将步骤(1)的浆料过100目筛，于100℃干燥24h，研磨成粉末，再过100目筛，干压成型，15MPa下保压1分钟制得陶瓷生坯；(3)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将磷酸三钙和陶瓷坯料混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；(2)将步骤(1)所得浆料过筛、烘干，研磨成粉末，再过筛、干压成型、保压，制得陶瓷生坯；(3)将所述陶瓷生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将磷酸三钙和陶瓷坯料混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料过筛、烘干，研磨成粉末，再过筛、干压成型、
保压，制得陶瓷生坯；
(3)将所述陶瓷生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。
2.根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征
在于：步骤(1)所述磷酸三钙的掺入量占磷酸三钙和陶瓷坯料总质量的5％～15％。
3.根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征
在于：步骤(1)所述陶瓷坯料的组成及质量百分含量为：SiO2：65.14％～70.27％、
Al2O3：18.01％～22.56％、K2O：1.68％～2.24％、Na2O：0.4％～0.97％、MgO：
0.13％～0.48％、Fe2O3：0.37％～0.82％、CaO：0.15％～0.52％、P2O5：0.10％～0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志杰，张捷，刘平安，钟明峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44