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  • 新型抗耐热疲劳陶瓷制备技术及应用的研发
  • 更新时间：2023/06/25  来源：  点击数：4045

    • 成果名称： 新型抗耐热疲劳陶瓷制备技术及应用的研发
    登记日期： 2023-06-25
    完成单位： 揭阳恒成陶瓷科技有限公司
    完成人员： 陈鹏杰,陈瑶武,卢奕标,徐端珍,林娜,吴朝云
    研究起止日期： 2020-03-01至2022-06-30
    主要应用行业： 制造业
    高新技术领域： 新材料
    评价单位： 揭阳市科学技术局
    评价日期： 2022-12-31
    成果简介： 一、课题来源与背景 随着人们生活水平的提高，可以直接加热的耐热陶瓷器具成为人们追求健康的新风尚。目前的耐热日用陶瓷大多数都是Li2O-SiO2-Al2O3组成三元体系，其产品的主晶体相为锂长石和莫来石，其不足在于热膨胀系数较高，热冲击性能较差，抗热疲劳性能不高。特别是耐热日用陶瓷做成的炊具经常在急冷热循环过程中由于热传导不均和交变热应力的作用下，容易造成陶瓷产生热疲劳损伤和破坏，影响到了产品使用寿命。 本项目基于耐热日用陶瓷的抗热疲劳性能因素研究，通过材料的基本组成与微观性能之间的关系研究，确定烧成后陶瓷中的主晶相，降低热膨胀系数，提升陶瓷的断裂韧性，实现陶瓷制品良好的抗热疲劳性能。 二、技术原理及性能指标 1、技术原理 项目采用堇青石、钛酸铝和锆英石为基料，阳极氧化后的碳纤维为增强剂，增塑剂为添加剂，各组分按照一定的配方重量比进行混合，通过分段升温、控制升温速度和最终烧结温度等工艺控制，结合原位生成方法烧制得到抗耐热疲劳陶瓷。项目充分利用了堇青石本身具有低膨胀特性的特点，结合钛酸铝和锆英石，三者组成的基料之间协调作用降低了产品的热膨胀系数；通过将碳纤维与烧结助剂粉末的配合，提高了碳纤维与基料之间的界面张力，提高了碳纤维与之间的混合均匀性，在降低产品的热膨胀系数的基础上，提高了该产品的力学性能；而增塑剂的使用，其余基料、碳纤维和烧结助剂粉末协调配合作用，保证了该产品具有低的热膨胀系数，优异的力学性能和使用稳定性。 此外，项目进一步改进新陶瓷材料的制备装置，研发了一种结构包括机架、升降结构、润滑导向装置、锤头结构和锤泥缸的用于陶瓷制备原料处理的锤泥机，本锤泥装置不需要人工进行聚料，从而提高了锤打效率，同时，通过润滑导向装置能对液压缸的升降轴进行导向，从而延长液压缸的使用寿命，并提高锤打质量。 2、性能指标 （1） 线膨胀系数：α=1-2×10-6/℃。（2）抗冷热冲击性能：800℃ ↓15℃局部骤冷，温变速率2～5min，连续8 次或以上，制品不爆裂（即当制品加热到800℃后，立即将15℃的冷水直接倒入局部，连续8 次以上，制品不爆裂）。 三、技术的创造性与先进性 本项目通过陶瓷材料组成设计，引入碳纤维粉、利用原位生成技术，改进传统耐热陶瓷的组织和微观结构特征，降低热膨胀系数，提升陶瓷的断裂韧性，实现陶瓷良好的抗热疲劳性能。 四、技术的成熟程度，适用范围和安全性 目前项目研发的新型抗耐热疲劳陶瓷制备技术已经顺利实现产业化生产和销售，由项目成果所带来的经济效益良好，截至2022 年12 月，企业新增销售收入200 万元，利税18 万元。按照年化率测算，项目能实现年新增销售收入300 万元，新增利税35 万元的合同指标。实践证明此技术有效地提高了耐热陶瓷制品的抗热疲劳性能，降低了坯体烧制中的热膨胀系数，提高了烧制过程的热稳定性，在烧成过程中明显缩短了烧成时间，大大提高了烧成效率，节约生产制造成本，为同类材料及相关生产工艺提供了技术参考，具有很好的推广应用价值。 五、应用情况及存在的问题 （1）项目由申报单位独立自主研发，利用现有科研平台和技术资源，开发出一种新型抗耐热疲劳陶瓷。实践证明，应用一种抗耐热疲劳陶瓷及其制备方法于耐热日用陶瓷的生产制造中，能有效地提升耐热日用陶瓷的产品性能，降低在制造过程中的原料成本，降低烧结温度和能耗，保证了制品的合格率和优质品率，项目技术能为同类材料及相关工艺技术提供技术参考，具有很好地推广应用价值。因此，研究这一课题，不仅填补了公司在同类产品生产制造技术的一项空白，也为我公司今后开展同类项目研究积累了宝贵的经验，提高了我单位在同行业中的市场竞争力，为公司进一步开拓市场打下了良好的基础。 （2）经检测产品的组成成分含量符合国家标准要求，灼烧减量为6.8，样品收缩率为7.4，均为合格标准。产品抗冷热冲击方面，当制品加热到 800℃后，立即将 15℃的冷水直接倒入局部，连续 8 次以上，制品不爆裂。 （3）经过项目研发形成新型抗耐热疲劳陶瓷的制备技术。该技术在陶瓷企业原有生产下实现产业化应用推广，容易实现订单批量生产。可利用现有的抗耐热疲劳陶瓷生产设备、抗耐热疲劳陶瓷生产条件下进行新型抗耐热疲劳陶瓷制品的生产。项目技术产业化应用具有易操作，低成本等优点。 （4）截至2022年12月，由项目成果所带来的经济效益明显，企业新增销售收入200万元，利税18万元。按照年化率测算，项目能实现年新增销售收入300万元，新增利税35万元。 六、历年获奖情况 2016 年，我司技术研究中心分别被揭阳市经济和信息化管理局和揭阳市科技管理局认定为揭阳市市级企业技术中心和揭阳市新型特种功能陶瓷材料工程技术研究中心，2021年被认定为广东省博士工作站。公司于2017 年首次被国家认定为国家高新技术企业，2018 年被认定为揭阳市知识产权重点保护企业和揭阳市创新型企业，2020 年再次重新被国家认定为国家高新技术企业，2022年被认定为广东创新型中小企业，专精特新中小企业。
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