專利名稱：一種熱膨脹系數可調的陶瓷材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以氧化鋯或鋯酸鹽為基料的陶瓷組合物。
磷酸鋯鈉NaZr(PO4)3簡稱為NZP，其晶體結構為三角晶系，空間群為R3C，其結晶化學式為MⅠ(MⅡ)3Zr2(PO4)3，式中MⅠ、MⅡ代表晶體結構中的空隙位置，元素Zr和P可以用其它離子置換，由此而衍生出一系列等同結構的化合物，如KZr2(PO4)3、Ca0.5Zr2(PO4)3、KTi2(PO4)3等，統稱為NZP族陶瓷，是一類新型的結構陶瓷材料，其特點是具有異常低的或者是負的熱膨脹系數。
近年來，人們對二元組成的NZP族陶瓷進行了研究，如Ca1-xMgxZr2(PO4)3、Ca1-xSrxZr2(PO4)3等，其中0≤x≤1，當x值變化時，陶瓷的熱膨脹系數隨之變化，構成熱膨脹系數連續可調的陶瓷材料。
這種陶瓷材料，特別適用于制造柴油機增壓器隔熱蝸殼、凈化廢氣的催化劑載體蜂窩陶瓷、光學儀器基座及各類耐熱陶瓷等。
上述一元及二元的NZP族陶瓷，采用濕化學法制造，要求使用純度高的化工原料及化學試劑，如ZrOCl2·8H2O、NH4H2PO4、H3PO4、碳酸鹽、硝酸鹽等，在溫度900℃下合成16小時，之后在溫度為1250℃下進行瓷體燒結，保溫2～5小時，線收縮率不小于20%。濕化學法制造過程中，用氨水沉淀出的Zr(OH)4，需用去離子水充分洗滌去除Cl-，為防止團聚而用無水乙醇進一步洗滌。現有技術存在的缺陷1.采用高純度的化工原料及化學試劑，制造成本居高不下，不宜于工業化生產;
2.工藝上分為合成和燒結兩步進行，能耗較大;
3.洗滌過程要大量排放污水，影響環境保護。如果取消洗滌工藝，則在合成時將放出大量的污染氣體，同時由于Cl-難以排盡，會給燒結帶來不利影響。
本發明的目的在于提供一種熱膨脹系數可調的陶瓷材料，采用礦物原料制成以CaxZr2(PO4)3為主晶相的陶瓷材料，x＝0.6～1，在溫度為20℃～900℃范圍內，其熱膨脹系數為7～-4×10-6/℃。應用本方案使NZP族陶瓷材料制造成本降低了70%，具有適合工業化生產的商業價值。
實現本發明目的，采用以下技術措施1.采用了廉價的磷灰石粉和鋯英石粉作為原料，使NZP族陶瓷材料制造成本降低了70%，能滿足實現工業化生產要求。
2.在制造工藝上，將原有的合成和燒結合為一步完成，避免環境污染，又可降低能耗。
以下詳細敘述本發明的具體內容。
一種熱膨脹系數可調的陶瓷材料，原料中含有Zr2O、H3PO4，其特征是它的組份配比為14～46wt%粒度不大于200目的磷灰石粉，16～50wt%粒度不大于2微米的鋯英石粉，15～32wt%的ZrO2，20～38wt%的H3PO4以上述組份制成以CaxZr2(PO4)為主晶相的陶瓷材料，式中x＝0.6～1。該組份配比由下列化學組成范圍經過換算獲得6～25wt%CaO，36～44wt%的ZrO2，4～18wt%的SiO2，21～46wt%P2O5熱膨脹系數可調的陶瓷材料采用如下工藝制成a.按組份配比的原料置于球磨機中球磨24小時，通過250目篩，篩后漿料在100℃下烘干;
b.烘干后的塊料研磨成細粉，經造粒，在壓力為60MPa下壓制成型;
c.坯型放在硅碳棒電爐中燒結，爐溫為1200℃～1300℃，保溫4小時，自然冷卻至室溫。
本陶瓷材料，在室溫至900℃范圍內，制成品的平均熱膨脹系數隨組成的變化為
CaO wt% 25 14 10 7α×10-6·℃-17.17 -0.43 -3.75 -4.18同現有的技術比較，本發明具有以下突出的優點1.采用了廉價的礦物原料，制造成本降低了70%，具有工業化生產和商業價值，解決了由于現有技術制造成本過高而無法工業化生產的難題。
2.在工藝上將合成和燒結兩步法工藝合為一步完成，可節省能耗30%以上。
3.不產生環境污染。
4.坯型澆結收縮率小于12%，產品不易變形。
實施例制造一種熱膨脹系數為-0.43×10-6/℃的NZP族陶瓷材料，原料中200目的磷灰石粉占26wt%，不大于2微米的鋯英石粉占30wt%，ZrO2占20wt%，H3PO4占24wt%，置于球磨機中球磨24小時，通過250篩，篩后的漿料在100℃下烘干，其料塊研磨成細粉和造粒，在60MPa壓力下壓制成型，燒結溫度為1260℃，保溫4小時，自然冷卻至室溫，獲得NZP族陶瓷。
測試結果體積密度為3.11g/cm3，吸水率為1.39%，顯氣孔率為4.32%，線收縮率為11.08%，溫度在室溫至900℃范圍內，陶瓷的平均熱膨脹系數下限為-0.43×10-6/℃，主晶相為CaxZr2(PO4)3，其中x＝0.6～1，次晶相為ZrSiO4及Ca3(PO4)2平均熱膨脹系數隨溫度的變化溫度℃ 100 200 300 400 500α×10-6·℃-1-3.12 -4.87 -2.95 -1.03 -0.71溫度℃ 600 700 800 900α×10-6·℃-1-0.50 -0.42 -0.45 -4權利要求
1.一種熱膨脹系數可調的陶瓷材料，原料中含有ZrO2，H3PO4，其特征在于它的組份配比為14～46wt%粒度不大于200目的磷灰石粉，16～50wt%粒度不大于2微米的鋯英石粉，15～32wt%的ZrO2，20～38wt%的H3PO4。
全文摘要
一種熱膨脹系數可調的陶瓷材料，其特征是其組份配比為14～46wt％的磷灰石粉；16～50wt％的鋯英石粉，15～32wt％的ZrO
文檔編號C04B35/48GK1107822SQ9411408
公開日1995年9月6日 申請日期1994年12月29日 優先權日1994年12月29日
發明者陳玉清, 方中華, 丁子上, 沈志堅 申請人:浙江大學