本發(fā)明屬于陶瓷制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種氧化鋁陶瓷及其制備方法，特別涉及一種水基注射成型氧化鋁陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
：氧化鋁陶瓷具有耐高溫、耐磨損、電絕緣、抗氧化、耐腐蝕和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，上述出色的理化性能使其在國(guó)防、建筑、化工和冶煉等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。眾所周知，在微觀上，氧化鋁陶瓷材料是一種共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)合而成的材料，因結(jié)合價(jià)鍵的方向性使得該材料具有高脆性和低韌性的缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在極低的應(yīng)變值下即發(fā)生斷裂，大大限制了氧化鋁陶瓷的廣泛應(yīng)用。在面對(duì)上述問(wèn)題時(shí)，研究人員發(fā)明了許多增韌方法，其中常見的有相變韌化、晶須及顆粒韌化、纖維韌化、納米線或納米管韌化等。但是相變、晶須及顆粒韌化效果不是特別明顯；纖維韌化的操作工程較為復(fù)雜，同時(shí)產(chǎn)品的致密度較差；納米線或納米管韌化一般采用碳納米線或納米管，在高溫下，其易與基體材料發(fā)生反應(yīng)從而降低了韌化效果。為了取得好的韌化效果，研究人員嘗試著采用兩種以上的增韌方法，比如，中國(guó)專利文獻(xiàn)cn101948325a公開了一種協(xié)同增韌氧化鋁陶瓷及其制備方法。該技術(shù)采用了相變韌化和晶須韌化，提高了氧化鋁陶瓷的韌性。上述技術(shù)在制備氧化鋁陶瓷的過(guò)程中采用的硅的化合物、鋯的化合物、釔的化合物均要溶于溶劑中，這就在后續(xù)干燥過(guò)程中揮發(fā)大量溶劑，這些揮發(fā)溶劑易引起氧化鋁陶瓷開裂，造成氧化鋁陶瓷氣孔率高，難以形成致密的結(jié)構(gòu)；再者，在排膠時(shí)，粘結(jié)劑同樣會(huì)大量揮發(fā)，在陶瓷內(nèi)形成空隙。上述兩種情況均會(huì)嚴(yán)重影響氧化鋁陶瓷的硬度和強(qiáng)度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為此，本發(fā)明所要解決的現(xiàn)有氧化鋁陶瓷在提高其韌性的同時(shí)易導(dǎo)致氧化鋁陶瓷的硬度和強(qiáng)度下降的缺陷，進(jìn)而提供一種硬度和強(qiáng)度高且韌性好、不易開裂、氣孔率低的氧化鋁陶瓷及其制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明所提供的氧化鋁陶瓷，包括如下重量份數(shù)的原料：進(jìn)一步地，還包括0.1-0.2份的稀土氧化物。進(jìn)一步地，所述稀土氧化物為氧化鈰、氧化鑭、氧化釔或氧化鐿中的至少一種。進(jìn)一步地，所述氧化鋁的粒徑為20-50nm、純度為99.99％；所述粘結(jié)劑為石蠟、硬脂酸、聚乙烯和聚丙烯中的至少一種。另外，本發(fā)明還提供了上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑后，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行成型，得到成型物；4)對(duì)所述成型物依次進(jìn)行脫膠、燒成，得到氧化鋁陶瓷。進(jìn)一步地，步驟2)中，所述加熱的溫度為100-180℃。進(jìn)一步地，步驟3)中，所述成型為注射成型。進(jìn)一步地，所述注射成型的溫度為150-190℃，成型壓力為2-4mpa，成型時(shí)間為5-10s。進(jìn)一步地，步驟4)中，所述脫膠的溫度為600-700℃；所述燒成的溫度為1200-1500℃。進(jìn)一步地，所述燒成的溫度控制如下：(1)用4-5h從室溫升溫至600-700℃；(2)在600-700℃下保溫1-2h；(3)用7-8h從600-700℃升溫至1200-1500℃；(4)在1200-1500℃保溫15-20h。本發(fā)明中，鎂鋁尖晶石的成分為mgal2o4，硅烷偶聯(lián)劑具體為kh550。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：(1)本發(fā)明實(shí)施例所提供的氧化鋁陶瓷，采用氫氧化鋁、硅烷偶聯(lián)劑和鎂鋁尖晶石，并與其它原料配合使用，一則利用硅烷偶聯(lián)劑將粘結(jié)劑緊緊包裹在無(wú)機(jī)粉體表面，使無(wú)機(jī)粉體間均勻分開，增強(qiáng)無(wú)機(jī)粉體間的流動(dòng)性和均勻性，在脫膠過(guò)程中，粘結(jié)劑能均勻地從內(nèi)部分解、擴(kuò)散而不形成或少形成孔洞和裂紋；二則在后續(xù)成型、脫膠和燒成過(guò)程中，氫氧化鋁、硅烷偶聯(lián)劑和粘結(jié)劑會(huì)分解，同時(shí)產(chǎn)生氧化鋁和二氧化硅，填充了可能產(chǎn)生的孔洞和裂紋，增加了產(chǎn)品致密性；三則在鎂鋁尖晶石的誘導(dǎo)下，氧化鋁與氧化鎂間的結(jié)合力會(huì)增強(qiáng)，在上述三則功能的共同作用下，提高了氧化鋁陶瓷的硬度和強(qiáng)度。在提高其硬度和強(qiáng)度的同時(shí)，通過(guò)鎂鋁尖晶石和氧化鎂相互配合，共同抑制氧化鋁晶粒成長(zhǎng)，消除晶粒間孔隙，減少缺陷，降低應(yīng)力集中點(diǎn)，提高其韌性。(2)本發(fā)明實(shí)施例所提供的氧化鋁陶瓷，采用稀土氧化物，其與鎂鋁尖晶石、氧化鎂相互配合，提高了鎂鋁尖晶石和氧化鎂的相應(yīng)效果，同時(shí)，使氧化鋁晶粒大小均一，分散均勻，進(jìn)而分散了應(yīng)力，提高了韌性。(3)本發(fā)明實(shí)施例所提供的氧化鋁陶瓷的制備方法，先將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨，使各原料分散均勻，避免出現(xiàn)偏析現(xiàn)象；再將混合料加入熔融的粘結(jié)劑中，利用硅烷偶聯(lián)劑將粘結(jié)劑緊緊包裹在無(wú)機(jī)粉體表面，使無(wú)機(jī)粉體間均勻分開，增強(qiáng)無(wú)機(jī)粉體間的流動(dòng)性和均勻性，在脫膠過(guò)程中，粘結(jié)劑能均勻地從內(nèi)部分解、擴(kuò)散而不形成或少形成孔洞和裂紋；最后，進(jìn)行成型、脫膠和燒成，氫氧化鋁、硅烷偶聯(lián)劑和粘結(jié)劑會(huì)分解，同時(shí)產(chǎn)生氧化鋁和二氧化硅，填充了可能產(chǎn)生的孔洞和裂紋，增加了產(chǎn)品致密性；同時(shí)在鎂鋁尖晶石的誘導(dǎo)下，氧化鋁與氧化鎂間的結(jié)合力會(huì)增強(qiáng)，在上述三則功能的共同作用下，提高了氧化鋁陶瓷的硬度和強(qiáng)度。在提高其硬度和強(qiáng)度的同時(shí)，通過(guò)鎂鋁尖晶石和氧化鎂相互配合，共同抑制氧化鋁晶粒成長(zhǎng)，消除晶粒間孔隙，減少缺陷，降低應(yīng)力集中點(diǎn)，提高其韌性。具體實(shí)施方式為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來(lái)限定。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：90g的粒徑為40nm、純度為99.99％的氧化鋁、17g的氫氧化鋁、5.5g的氧化鎂、7.5g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3.5g的粘結(jié)劑-硬脂酸、6.5g的高嶺土和5g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至140℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為155℃，成型壓力為3mpa，成型時(shí)間為8s；4)將所述成型物于650℃下脫膠，再于1300℃下燒成18h，得到氧化鋁陶瓷。實(shí)施例2本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：85g的粒徑為20nm、純度為99.99％的氧化鋁、20g的氫氧化鋁、5g的氧化鎂、8g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3g的粘結(jié)劑-石蠟、7g的高嶺土和4g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至100℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為150℃，成型壓力為4mpa，成型時(shí)間為5s；4)將所述成型物于600℃下脫膠，再于1500℃下燒成15h，得到氧化鋁陶瓷。實(shí)施例3本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：95g的粒徑為50nm、純度為99.99％的氧化鋁、15g的氫氧化鋁、6g的氧化鎂、7g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、4g的粘結(jié)劑-聚丙烯、6g的高嶺土和6g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至180℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為190℃，成型壓力為2mpa，成型時(shí)間為10s；4)將所述成型物于700℃下脫膠，再于1200℃下燒成20h，得到氧化鋁陶瓷。實(shí)施例4本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：90g的粒徑為40nm、純度為99.99％的氧化鋁、17g的氫氧化鋁、5.5g的氧化鎂、7.5g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3.5g的粘結(jié)劑-硬脂酸、6.5g的高嶺土、5g的鎂鋁尖晶石和0.1g的氧化鑭；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石、硅烷偶聯(lián)劑和氧化鑭按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至140℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為155℃，成型壓力為3mpa，成型時(shí)間為8s；4)將所述成型物于650℃下脫膠，再于1300℃下燒成18h，得到氧化鋁陶瓷。實(shí)施例5本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：85g的粒徑為20nm、純度為99.99％的氧化鋁、20g的氫氧化鋁、5g的氧化鎂、8g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3g的粘結(jié)劑-石蠟、7g的高嶺土、4g的鎂鋁尖晶石和0.2g的氧化鈰；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石、硅烷偶聯(lián)劑和氧化鈰按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至100℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為150℃，成型壓力為4mpa，成型時(shí)間為5s；4)將所述成型物于600℃下脫膠，再于1500℃下燒成15h，得到氧化鋁陶瓷。實(shí)施例6本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：95g的粒徑為50nm、純度為99.99％的氧化鋁、15g的氫氧化鋁、6g的氧化鎂、7g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、4g的粘結(jié)劑-聚丙烯、6g的高嶺土和6g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至180℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為190℃，成型壓力為2mpa，成型時(shí)間為10s；4)將所述成型物于700℃下脫膠；冷卻后，再用4h從室溫升溫至600℃，并在600℃下保溫2h；接著，用8h從600℃升溫至1200℃，并于1200℃下保溫20h，得到氧化鋁陶瓷。實(shí)施例7本實(shí)施例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：90g的粒徑為40nm、純度為99.99％的氧化鋁、17g的氫氧化鋁、5.5g的氧化鎂、7.5g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3.5g的粘結(jié)劑(其中，石蠟0.5g、硬脂酸1g、聚乙烯2g)、6.5g的高嶺土和5g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至140℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為155℃，成型壓力為3mpa，成型時(shí)間為8s；4)將所述成型物于650℃下脫膠，再于1300℃下燒成18h，得到氧化鋁陶瓷。對(duì)比例1本對(duì)比例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：90g的粒徑為40nm、純度為99.99％的氧化鋁、17g的氫氧化鋁、5.5g的氧化鎂、3.5g的粘結(jié)劑-硬脂酸、6.5g的高嶺土和5g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土和鎂鋁尖晶石按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至140℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為155℃，成型壓力為3mpa，成型時(shí)間為8s；4)將所述成型物于650℃下脫膠，再于1300℃下燒成18h，得到氧化鋁陶瓷。對(duì)比例2本對(duì)比例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：90g的粒徑為40nm、純度為99.99％的氧化鋁、17g的氫氧化鋁、5.5g的氧化鎂、7.5g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3.5g的粘結(jié)劑-硬脂酸和6.5g的高嶺土；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、高嶺土和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至140℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為155℃，成型壓力為3mpa，成型時(shí)間為8s；4)將所述成型物于650℃下脫膠，再于1300℃下燒成18h，得到氧化鋁陶瓷。對(duì)比例3本對(duì)比例提供了一種氧化鋁陶瓷，由如下重量份數(shù)的原料組成：90g的粒徑為40nm、純度為99.99％的氧化鋁、5.5g的氧化鎂、7.5g的硅烷偶聯(lián)劑-kh550、3.5g的粘結(jié)劑-硬脂酸、6.5g的高嶺土和5g的鎂鋁尖晶石；上述氧化鋁陶瓷的制備方法，包括如下步驟：1)將氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、鎂鋁尖晶石和硅烷偶聯(lián)劑按比例混合研磨至粒徑不大于1μm，得到混合料；2)加熱粘結(jié)劑至140℃，再將所述混合料加入其中并混勻；3)對(duì)步驟2)處理后的混合料進(jìn)行注射成型，得到成型物，其中注射成型的溫度為155℃，成型壓力為3mpa，成型時(shí)間為8s；4)將所述成型物于650℃下脫膠，再于1300℃下燒成18h，得到氧化鋁陶瓷。試驗(yàn)例1對(duì)上述各實(shí)施例和對(duì)比例所制得的氧化鋁陶瓷的硬度、強(qiáng)度和韌性進(jìn)行測(cè)試，相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果如下表1所示：表1氧化鋁陶瓷的硬度、強(qiáng)度和韌性數(shù)據(jù)洛氏硬度/hra抗壓強(qiáng)度/mpa斷裂韌性/mpa·m1/2抗彎強(qiáng)度/mpa實(shí)施例1908909.8900實(shí)施例2888759.4898實(shí)施例3878709.4898實(shí)施例495110011905實(shí)施例594100011.5910實(shí)施例6898809.5900實(shí)施例79390010905對(duì)比例1755305.5400對(duì)比例2605004.8290對(duì)比例3775505.4410從表1可得知：本發(fā)明多制得的氧化鋁陶瓷在硬度、強(qiáng)度和韌性方面均具有優(yōu)異的特性，原因在于：一則利用硅烷偶聯(lián)劑將粘結(jié)劑緊緊包裹在無(wú)機(jī)粉體表面，使無(wú)機(jī)粉體間均勻分開，增強(qiáng)無(wú)機(jī)粉體間的流動(dòng)性和均勻性，在脫膠過(guò)程中，粘結(jié)劑能均勻地從內(nèi)部分解、擴(kuò)散而不形成或少形成孔洞和裂紋；二則在后續(xù)成型、脫膠和燒成過(guò)程中，氫氧化鋁、硅烷偶聯(lián)劑和粘結(jié)劑會(huì)分解，同時(shí)產(chǎn)生氧化鋁和二氧化硅，填充了可能產(chǎn)生的孔洞和裂紋，增加了產(chǎn)品致密性；三則在鎂鋁尖晶石的誘導(dǎo)下，氧化鋁與氧化鎂間的結(jié)合力會(huì)增強(qiáng)，在上述三則功能的共同作用下，提高了氧化鋁陶瓷的硬度和強(qiáng)度。在提高其硬度和強(qiáng)度的同時(shí)，通過(guò)鎂鋁尖晶石和氧化鎂相互配合，共同抑制氧化鋁晶粒成長(zhǎng)，消除晶粒間孔隙，減少缺陷，降低應(yīng)力集中點(diǎn)，提高其韌性。試驗(yàn)例2對(duì)上述各實(shí)施例和對(duì)比例所制得的氧化鋁陶瓷的孔隙率進(jìn)行測(cè)試，相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果如下表2所示：表2氧化鋁陶瓷的孔隙率數(shù)據(jù)孔隙率/％實(shí)施例10.10實(shí)施例20.11實(shí)施例30.11實(shí)施例40.08實(shí)施例50.09實(shí)施例60.1實(shí)施例70.12對(duì)比例110對(duì)比例28對(duì)比例39從表2可得知：本發(fā)明制得的氧化鋁陶瓷的孔隙率低，結(jié)構(gòu)致密，進(jìn)而具有優(yōu)異的硬度和強(qiáng)度。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。當(dāng)前第1頁(yè)12