一种具有高致密晶体的氧化铝电瓷制备工艺的制作方法

一种具有高致密晶体的氧化铝电瓷制备工艺
1.本发明的技术方案如下：
2.一种具有高致密晶体的氧化铝电瓷制备工艺，在电瓷烧制的冷却阶段，向电瓷施加超过临界值的磁场，使电瓷内的溶解有高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒的液相出现磁流变液的粘度变大效应。
3.优选的，所述高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒为黏土中所含氧化铁在高温下还原成的四氧化三铁。
4.优选的，所述高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒为额外添加。
5.优选的，所述磁场强度大致为80mt-100mt。
6.优选的，所述氧化铝电瓷坯料的配方还包括：选用高岭石型粘土 12％～20％、高岭石型坩土12％～20％、长石10％～20％、石英型粘土15％～25％、增塑剂1％～2％；制得的电瓷坯料化学成分为：sio
2 30％～35％，al2o
3 45％～55％，fe2o3低于1.3％，tio
2 1.8％～2.1％，cao低于0.4％，mgo 低于0.5％，k2o 2.2％～3.1％，na2o 0.2％～0.4％。
7.其中，所述制备工艺包括：
8.步骤一：煅烧工业氧化铝，使γ-al2o3转变为α-al2o3；
9.步骤二：制备电瓷坯料，使用球磨机球磨制浆,过筛、通过磁铁去除铁后，使用榨泥机榨泥，经陈腐后使用真空练泥机炼泥，成型至所需形状；
10.步骤三：电瓷坯料烧制，具体包括：
11.①
一阶段，排除坯料水和吸附水，窑内温度升至300℃-350℃；
12.③
二阶段，排除结构水，石英由低温晶形转变为高温晶形，窑内温度升至900℃-1000℃；
13.④
三阶段，950℃-烧成温度，熔出液相；
14.⑤
四阶段，保温；
15.⑥
五阶段，冷却至室温，这一过程中，液相与溶解在其中的四氧化三铁构成类磁流变液，对电瓷施加超过临界值的磁场，增加类磁流变液的粘度，减慢结晶的速度。
16.优选的，步骤二中，按物料:水:球石＝1:1:2使用30kg球磨机球磨制浆,球磨合格的泥浆经2次通过130目/吋筛并采用强力磁铁棒进行人工除铁后使用榨泥机榨泥，榨出的泥饼经陈腐24小时后使用真空练泥机炼泥，成型至所需形状。
17.本发明具有如下有益效果：
18.1、本发明利用新生成的四氧化三铁以及融化的液相，构成非纯粹状态的磁流变液，也即类磁流变液；通过再冷却阶段施加磁场从而增加类磁流变液的粘度，其作用是减慢结晶的速度，从而得到更加细化致密的结晶体，从而显著的提高电瓷的机械强度和电阻性能。
19.2、本发明制备的电瓷产品相比现有的同类产品，具有极为突出的机械性能和电阻性能，特别是具有强度高，抗拉、抗压、抗热胀冷缩等突出的机械性能。
附图说明
20.图1为a组的sem图；
21.图2为作为对照的某同类产品的sem图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
23.一种具有高致密晶体的氧化铝电瓷制备工艺，在电瓷烧制的冷却阶段，向电瓷施加超过临界值的磁场，使电瓷内的溶解有高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒的液相出现磁流变液的粘度变大效应。
24.可选的，所述高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒为黏土中所含氧化铁在高温下还原成的四氧化三铁。
25.可选的，所述高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒为额外添加。
26.具体的，所述氧化铝电瓷坯料配方，选用高岭石型粘土12％～20％、细度为纳米至微米级的氧化铝20％～30％、高岭石型坩土12％～20％、长石10％～20％、石英型粘土15％～25％、硅油8％～15％、增塑剂1％～2％；制得的电瓷坯料化学成分为：sio
2 30％～35％，al2o
3 45％～55％，fe2o3低于1.3％，tio
2 1.8％～2.1％，cao低于0.4％，mgo低于0.5％，k2o 2.2％～ 3.1％，na2o 0.2％～0.4％。
27.具体的，所述具有高致密晶体的氧化铝电瓷制备工艺，采用所述的坯料配方，具体工艺包括：
28.步骤一：煅烧工业氧化铝，使γ-al2o3转变为α-al2o3,取十分之一α-al2o3，研磨至纳米至纳米至微米级；
29.步骤一：制备电瓷坯料，按物料:水:球石＝1:1:2使用30kg球磨机球磨制浆,球磨合格的泥浆经2次通过130目/吋筛并采用强力磁铁棒进行人工除铁后使用榨泥机榨泥，榨出的泥饼经陈腐24小时后使用真空练泥机炼泥，成型至所需形状；
30.步骤二：电瓷坯料烧制，具体包括：
31.②
一阶段，排除坯料水和吸附水。
32.③
二阶段，排除矿物中的结构水，瓷坯进入窑内第二分段内，该分段内无电极；窑内温度升至900℃-1000℃，瓷坯中的碳酸盐与硫化物发生分解，石英由低温晶形转变为高温晶形，高岭石失水形成偏高岭土。
33.④
三阶段，950℃-烧成温度，偏高岭石内部γ-al2o3尖晶石开始成核，偏高岭石转化为硅铝尖晶石和无定型sio2，长石熔解形成液相，坯体中出现足够的液相开始液相烧结，伴随着液相的出现和硅铝尖晶石的形成，坯体开始显著收缩，气孔率急剧降低导致致密化；由硅铝尖晶石形成一次莫来石和方石英，硫酸盐分解和高价铁还原分解，液相大量生成，石英进一步熔融并且形成围绕着大石英颗粒的富硅无定型熔蚀圈；玻璃熔体填充在固体颗粒的间隙中，在固液表面张力的作用下坯体的气孔率下降，此时部分al2o3和sio2溶解于长石液体中，同时氧化铁还原分解成四氧化三铁，部分四氧化三铁也溶解在液相中。
34.⑤
四阶段，保温，坯体内物理化学反应进一步完善，组织结构均一，液相将晶粒连接成整体，形成晶体均匀分布在大量玻璃基质中的显微结构；
35.⑥
五阶段，冷却，在这一过程中，液相将结晶成固态；由于部分氧化铁还原成的四
氧化三铁溶解在液相中，四氧化三铁与液相构成类磁流变液，磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的bingham体特性。新生成的四氧化三铁本身无磁性，但具有较高的磁导率，而液相主要由融化的石英组成，是非导磁性液体，因此足以构成非纯粹状态的磁流变液，也即类磁流变液，此时对电瓷施加磁场，磁场强度大致为80mt-100mt，该大小的磁场不会使类磁流变液转变为固态，但会增加类磁流变液的粘度，其作用是减慢结晶的速度，粘度的变化会影响到结晶速度，粘度的降低会使结晶速度增大，反之减小结晶的速度，一般认为:结晶速度与粘度的2.5次方成反比，粘度增加一倍，结晶速度降低1/6。因此上述操作可以减小液相结晶的速度，从而得到更加细化致密的结晶体，从而显著的提高电瓷的机械强度(参见图1)。在实际生产中，也可根据具体情况，设定最适宜的磁场强度，以此可以在一定程度上控制结晶速度，从而在一定范围内控制和影响电瓷的机械强度；此外，致密均匀且有序的晶体结构也显著提高了电瓷产品的电阻率。
36.可选的，在步骤一中，将研磨好的α-al2o3与硅油先混合均匀；
37.在步骤二的第一阶段，在一阶段的窑分段内，瓷坯上下两端或左右两端分别抵近抵靠一电极，窑内温度升至300℃-350℃，时间2h，由于硅油为低介电常数的绝缘油，al2o3的介电常数为9左右，属于高介电物质，水作为导体为微小的在这一过程中，硅油、水、al2o3构成类电流变液，所述脉冲电场的强度为4kv/mm-5kv/mm，持续时间为1s-2s,间隔时间为5s-10s。由于硅油、水、al2o3在瓷坯内部均匀形成数量极多、范围微小类电流变液池，在脉冲电流的作用下，瓷坯内的各个微小的类电流变液池发生周期性脉动性的粘度变化，而液体在不同的粘度下蒸发程度不同，利用其中水分以及硅油在高温下蒸发排出的动力，利用脉冲变化提高瞬时冲击动力，从而促进瓷坯内部水分的排除以及瓷坯内部细小气道的成型和稳固，该过程将瓷坯中水分的连续蒸发转变为蒸发强度的脉动式变化，从而将部分蒸发能经积聚后以脉动形式释放，从而提高瞬间释放能，同时由于瓷坯内类电流变液池是以微小体积为单位分散分布的，因此，该释放能在整个瓷坯中是均匀的，其强度不会对瓷坯整体的结构造成破坏，却能够有助于形成大量微型且稳定的气道，而其中的硅油也在温度升高到一定程度后逐渐蒸发逸散，与瓷坯中的水分一同作为开拓气道网络的介质；形成的发达且稳定的气道网一方面有利于在烧制后期排出多余的气体；一方面利于后续烧制过程中结构水的排除；另一方面能够使烧制后期石英熔化成的液相沿气道均匀分布在瓷坯内，并利于al2o3等物质溶解在该液相中获得高强度的液相烧结结构；从而利于最终成型的电瓷具有连续高强度的骨骼结构；而随着瓷坯水分和硅油的减少，瓷坯中均匀分散的水分无法阻力瓷坯的导电性能，而硅油的蒸发又使类电流变液池逐渐消失，整个瓷坯的导电性能和电流变液效应特征逐渐减小，已经无法产生上述过程，此时电极回退，瓷坯在继续保温一段时间后进入第二阶段。
38.在配方和工艺限定范围内设置abc三组，同时对应设置参照组abc三组，参照组abc与abc的区别在于：未在烧制的冷却阶段对瓷坯施加磁场。同时对照本公司产量较大的某同类产品性能。
39.瓷质性能试验方法按gb8411-87电瓷材料进行,工艺性能按西安电瓷研究所《电瓷原材料检验和工艺控制试验方法》进行。测试结果总结如下：
[0040][0041]
通过测试结果可知，本发明相比现有的同类产品具有更细腻和致密的晶体结构(参见图1和图2)，具有显著提高的机械强度，特别是烧成后的机械强度，以及电阻率和抗热胀冷缩能力。
[0042]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。