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  • 新型耐热陶瓷配方设计与开发应用
  • 更新时间：2023/06/25  来源：  点击数：3793

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    成果名称： 新型耐热陶瓷配方设计与开发应用
    登记日期： 2023-06-25
    完成单位： 揭阳恒成陶瓷科技有限公司,武汉理工大学
    完成人员： 陈鹏杰,张宏泉,文进,陈瑶武,徐端珍,卢奕标,龚安,徐绍华,林锋晟,吴朝云
    研究起止日期： 2019-01-01至2021-06-30
    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 锂质陶瓷材料具有良好的耐高温、化学稳定性，而且抗热震性非常好，可以直接在热源上加热而不易破裂，目前市场上的耐热日用陶瓷绝大多数都是锂质瓷。但是，常用的锂质耐热陶瓷材料以锂辉石为主要原料制备，随着陶瓷工业发展，含锂矿物原料的资源逐渐匮乏，原料价格不断上升导致其生产成本普遍较高，缺乏市场竞争力。因此，利用材料科学的基本理论和制备技术，研究和开发新的替代性原料制备新型耐热日用陶瓷，已经受到高度重视。项目通过耐热陶瓷材料组成设计引入低热膨胀系数的物相，在不添加含锂原料条件下，利用预合成与原位生成相结合的方法，制备新型低热膨胀日用陶瓷，研究和开发适用于日用耐热陶瓷的新材料和新技术，实现高性能耐热陶瓷材料的低成本和节能技术升级，增强日用耐热陶瓷的市场竞争力，提高企业的创新能力，同时推动日用陶瓷材料产业可持续性发展。 二、技术原理及性能指标 1、技术原理 （1）耐热陶瓷的热膨胀性能主要取决于试样中低膨胀晶体的形成过程及其含量，较高的烧成温度虽然有利于低膨胀晶体的形成，但易造成陶瓷产品过烧，也不利于节能减排。项目研究关键点在1300℃左右原位生成低膨胀晶体，适应传统的日用陶瓷生产工艺。（2）产品中不同的晶相组成不仅会影响陶瓷的热膨胀性，也会影响其强度。项目通过分析材料的组成设计及各组分对膨胀系数影响关系，合理控制晶相组成，形成莫来石与低膨胀晶体的复相陶瓷。 2、性能指标 （1）通过组成设计、工艺设计与优化，确定新型耐热日用陶瓷的工艺方案，制备耐热低膨胀日用陶瓷，耐热陶瓷的线膨胀系数小于2.5×10-6/℃。（2）利用传统原料制备的新型耐热日用陶瓷的技术指标符合日用陶瓷的产品标准。产品吸水率小于5%，抗折强度大于50 MPa。（3）研究和开发新的替代性原料制备新型耐热日用陶瓷，节约配方中锂辉石的用量。 三、技术的创造性与先进性 本项目采用传统的陶瓷原料，利用预合成与原位生成相结合的方法，在传统日用陶瓷烧成温度范围内在材料内部形成由低膨胀晶体和莫来石晶相形成的复相陶瓷，从而达到产品耐热性能和力学性的要求。 四、技术的成熟程度、适用范围和安全性 目前项目技术已经实现产业化生产和销售，经济效益良好，近两年累计新增销售收入635 万元，利税65 万元。实践证明，应用新型耐热陶瓷配方于耐热陶瓷生产制造中，采用引入钛酸铝，降低锂的使用，有效地提升了耐热陶瓷制品抗冲击性、降低了烧制过程的热膨胀系数以及缩短制品烧制时间，降低了能耗，提高了生产效率，从而达到产品质量稳定，节约生产制造成本的效果，项目技术能为同类材料及相关工艺技术提供技术参考，具有很好的推广应用价值。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。 五、应用情况及存在的问题 项目顺利实施，成功研发了耐热陶瓷新材料，项目成果申请了2件发明专利，发表科技论文2篇，形成耐热日用陶瓷技术方案和技术应用报告各1份。目前项目核心技术已正式转化并运用于实际生产中。 耐热陶瓷属于先进陶瓷，市场需求量每年以10%左右速度增长，且对产品的性能要求提出更高的要求；随着工业和国防领域不断发展，并随着新材料技术水平不断发展提高，耐热陶瓷成为各工业产业，特别是耐热制品行业的主流。尽管耐热陶瓷材料在国内发展空间巨大，但由于目前技术以主晶相堇青石和主晶相为锂长石和莫来石等三元体系为主，其存在问题在于制品热膨胀系数较高，抗热冲击性能较差，且烧成温度较高，能耗高，成本高，不能在更苛刻的条件下使用，影响了下游耐热陶瓷制品商的发展。本项目成功解决了以上痛点问题，不仅填补了公司在同类产品生产制造技术的一项空白，也填补了市场同类产品技术的空白。项目技术具备良好的市场前景，进一步提高了我公司在同行业中的市场竞争力，巩固了市场地位，同时带动了行业发展，为区域经济发展带来较大的社会经济效益。 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。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。
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