莫來石晶須前驅(qū)體定量原位制備剛玉-莫來石_(晶須)質(zhì)耐火材料的方法

專利名稱：莫來石晶須前驅(qū)體定量原位制備剛玉-莫來石_(晶須)質(zhì)耐火材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫耐火材料領(lǐng)域，具體為采用一種莫來石晶須前驅(qū)體定量原位新工藝合成制備剛玉-莫來石(sa)耐火材料的方法。
背景技術(shù)：
耐火材料是一種結(jié)構(gòu)材料，一般用作高溫窯爐等熱工設(shè)備以及工業(yè)用高溫容器和部件，同時也需承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。伴隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的提高，同時為了適應(yīng)陶瓷、金屬和其他高溫技術(shù)工業(yè)及熱能工程的需要，一直以來對于優(yōu)質(zhì)耐火材料的需求量越來越大，正是出于對這一產(chǎn)業(yè)巨大的需求量，促進(jìn)了耐火材料的迅猛發(fā)展。在發(fā)展的過程中，通過各種手段來提高耐火材料的使用壽命，可以更好地順應(yīng)國家提出來的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能降耗的政策，為國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。當(dāng)今市面上的耐火材料在提高抗折強(qiáng)度的同時也降低了材料的熱學(xué)性能，不能夠很好地兼顧力學(xué)和熱學(xué)性能，從而限制了耐火材料的應(yīng)用范圍和使用性能?，F(xiàn)今市面上耐火材料的抗折強(qiáng)度普遍較低，這使得現(xiàn)今市面上的耐火材料越來越不能夠適應(yīng)高溫行業(yè)的要求，因而需要將具有不同優(yōu)點(diǎn)的耐火材料進(jìn)行復(fù)合進(jìn)而開發(fā)出性能優(yōu)異的復(fù)合組分耐火材料。目前最有發(fā)展?jié)摿Φ哪突鸩牧象w系為剛玉-莫來石基耐火材料，它同時兼具剛玉和莫來石兩者的優(yōu)良性能，是一種耐高溫、耐侵蝕、耐沖刷、機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)質(zhì)耐火材料，但該耐火材料存在的最大問題就是在嚴(yán)重的熱沖擊作用下容易出現(xiàn)開裂破壞、抗熱震性差、使用壽命短。因此，采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣吣突鸩牧系目篃嵴鹦院偷钟鶡釠_擊的能量成為目前解決剛玉-莫來石基耐火材料使用的關(guān)鍵問題。理論上講，材料的強(qiáng)韌化機(jī)制，如相變強(qiáng)韌化、顆粒強(qiáng)韌化、顯微結(jié)構(gòu)組織強(qiáng)韌化、外加纖維或晶須強(qiáng)韌化等，均可用于對剛玉-莫來石基進(jìn)行強(qiáng)韌化處理。在這眾多的機(jī)制中，晶須由于具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、良好的機(jī)械強(qiáng)度、高強(qiáng)度、高彈性模量等特性，在作為陶瓷、塑料、金屬等的改性增強(qiáng)材料時顯示出極佳的物理化學(xué)性能和優(yōu)異的力學(xué)性能。因此利用晶須來對剛玉-莫來石基進(jìn)行韌化處理是大勢所趨。目前，晶須強(qiáng)韌化大多是采用外加晶須法，這種方法由于晶須難以在基體中分散均勻，進(jìn)而不易達(dá)到晶須的強(qiáng)韌效果，存在較大局限；還有是原位合成莫來石晶須增韌剛玉-莫來石的方法，這種方法是將所有的原料一次性配料、濕法球磨、成型及燒結(jié)，原位制備成耐火材料，但是該種方法莫來石晶須的生成數(shù)量、晶須長徑比等影響材料性能的顯微結(jié)構(gòu)狀態(tài)不能控制，所以對材料性能提高有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用莫來石晶須前驅(qū)體定量原位新工藝合成制備高強(qiáng)度和高抗熱震性剛玉-莫來石(sa)耐火材料的方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種莫來石晶須前驅(qū)體定量原位制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于將莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料，按重量百分比40 60 40 60稱重后，經(jīng)干法混合、半干壓成型、燒制獲得剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料。所述半干壓成型的壓力為8Mpa。 所述燒制的工藝步驟為將經(jīng)半干壓成型后的樣品以2 2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°c，保溫lh，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻至室溫。上述莫來石晶須前驅(qū)體顆粒的制備方法為采用蘇州高嶺土作為硅源，氫氧化鋁為鋁源，并外加氟化鋁和五氧化二釩作為催化劑和礦化劑，經(jīng)稱料、干法球磨、過篩、噴水造粒、陳腐獲得莫來石晶須前驅(qū)體顆粒備用。所述蘇州高嶺土、氫氧化鋁、氟化鋁、五氧化二釩的重量百分比組成為蘇州高嶺土 45%、氫氧化招55%、氟化招3%、五氧化二f凡4%。所述噴水造粒獲得的顆粒粒徑為20-60目、60-80目、80-120目。上述剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料的制備方法為以工業(yè)a-Al2O3、蘇州高嶺土、方解石、BaCO3、滑石為原料，經(jīng)稱料、濕法球磨、烘干、制粉、過篩獲得剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料備用。所述剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體原料的重量百分比組成為工業(yè)a -Al20375%、蘇州高嶺土15%、方解石 2%、BaCO3 4%、滑石 4%。所述剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的吸水率為12 18%、抗折強(qiáng)度為49 56MPa。所述剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的熱膨脹系數(shù)為4. 5X 10_6 5. 5X 10_6。本發(fā)明創(chuàng)新的通過向剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中加入控制粒徑的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒，讓其定位定量原位合成針狀莫來石來制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料，利用均勻分布、原位生成的莫來石晶須網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所具有的高強(qiáng)度和低膨脹的特性，顯著提高了耐火材料的強(qiáng)度和抗熱震性，因此具有廣闊的市場前景。


圖I為本發(fā)明粒徑為20-60目莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布示意圖。圖2為本發(fā)明粒徑為60-80目莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布示意圖。圖3為本發(fā)明粒徑為80-120目莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布示意圖。 圖4是實(shí)施例I樣品的XRD衍射圖譜。圖5是實(shí)施例I樣品的SEM圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
第一步莫來石晶須前驅(qū)體顆粒制備，按55%氫氧化鋁、45%蘇州土、3%氟化鋁、4%五氧化二釩稱料后，經(jīng)過法球磨、過篩后噴水造粒，將粒子粒徑控制在20-60目，陳腐備用；第二步剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料制備，按75%工業(yè)a -Al2O3>15%蘇州高嶺土、2%方解石、4%BaC03、4%滑石稱料后，經(jīng)濕法球磨、烘干、制粉、過篩備用；
第三步將已造粒的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料按照重量比=60 40稱重后，經(jīng)干法混合后，莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布情況如圖I所示，然后在SMpa壓力下進(jìn)行半干壓成型，最后將壓好的樣品以2-2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°C，保溫Ih后，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h后，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻，即得到所需剛玉-莫來石(II彡I)質(zhì)耐火材料。實(shí)施例2
第一步莫來石晶須前驅(qū)體顆粒制備，按55%氫氧化鋁、45%蘇州土、3%氟化鋁、4%五氧化二釩稱料后，經(jīng)過法球磨、過篩后噴水造粒，將粒子粒徑控制在20-60目，陳腐備用；第二步剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料制備，按75%工業(yè)a -Al2O3>15%蘇州高嶺土、2%方解石、4%BaC03、4%滑石稱料后，經(jīng)濕法球磨、烘干、制粉、過篩備用；
第三步將已造粒的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料按照重量比=50 50稱重后，經(jīng)干法混合后，莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布情況如圖I所示，然后在SMpa壓力下進(jìn)行半干壓成型，最后將壓好的樣品以2-2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°C，保溫Ih后，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h后，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻，即得到所需剛玉-莫來石(II彡I)質(zhì)耐火材料。實(shí)施例3
第一步莫來石晶須前驅(qū)體顆粒制備，按55%氫氧化鋁、45%蘇州土、3%氟化鋁、4%五氧化二釩稱料后，經(jīng)過法球磨、過篩后噴水造粒，將粒子粒徑控制在20-60目，陳腐備用；第二步剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料制備，按75%工業(yè)a -Al2O3>15%蘇州高嶺土、2%方解石、4%BaC03、4%滑石稱料后，經(jīng)濕法球磨、烘干、制粉、過篩備用；
第三步將已造粒的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料按照重量比=40 60稱重后，經(jīng)干法混合后，莫來石晶須前驅(qū)體在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布情況如圖I所示，然后在SMpa壓力下進(jìn)行半干壓成型，最后將壓好的樣品以2-2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°C，保溫Ih后，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h后，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻，即得到所需剛玉_莫來石(HS)質(zhì)耐火材料。實(shí)施例4
第一步莫來石晶須前驅(qū)體顆粒制備，按55%氫氧化鋁、45%蘇州土、3%氟化鋁、4%五氧化二釩稱料后，經(jīng)過法球磨、過篩后噴水造粒，將粒子粒徑控制在60-80目，陳腐備用；第二步剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料制備，按75%工業(yè)a -Al2O3>15%蘇州高嶺土、2%方解石、4%BaC03、4%滑石稱料后，經(jīng)濕法球磨、烘干、制粉、過篩備用；
第三步將已造粒的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料按照重量比=50 50稱重后，經(jīng)干法混合后，莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布情況如圖2所示，然后在SMpa壓力下進(jìn)行半干壓成型，最后將壓好的樣品以2-2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°C，保溫Ih后，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h后，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻，即得到所需剛玉-莫來石(II彡I)質(zhì)耐火材料。實(shí)施例5
第一步莫來石晶須前驅(qū)體顆粒制備，按55%氫氧化鋁、45%蘇州土、3%氟化鋁、4%五氧化二釩稱料后，經(jīng)過法球磨、過篩后噴水造粒，將粒子粒徑控制在80-120目，陳腐備用；第二步剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料制備，按75%工業(yè)a -Al2O3>15%蘇州高嶺土、2%方解石、4%BaC03、4%滑石稱料后，經(jīng)濕法球磨、烘干、制粉、過篩備用；
第三步將已造粒的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料按照重量比=50 50稱重后，經(jīng)干法混合后，莫來石晶須前驅(qū)體顆粒在剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中的分布情況如圖3所示，然后在SMpa壓力下進(jìn)行半干壓成型，最后將壓好的樣品以2-2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°C，保溫Ih后，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h后，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻，即得到所需剛玉_莫來石(II彡I)質(zhì)耐火材料。實(shí)施例1-5所制得樣品的吸水率、抗折強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子的檢測結(jié)果見下表
纏號 _1IWc率 c%》 12,7CMP!a) 49,5熟膨厭系敷 CMT6) 5 3第一傷應(yīng)規(guī)麵抗因子 44. _2ICf55. 9C 954.4實(shí)倒311.151.5CS50.6實(shí)倆414.652.05.148.6實(shí)倒514.051.65.247.權(quán)利要求
1.一種莫來石晶須前驅(qū)體定量原位制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于將莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料，按重量百分比40 60 40 60稱重后，經(jīng)干法混合、半干壓成型、燒制獲得剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述半干壓成型的壓力為8Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述燒制的工藝步驟為將經(jīng)半干壓成型后的樣品以2 2. 5°C /min的升溫速率從室溫升到1000°C，保溫lh，再以4°C /min的升溫速率升到1300°C，保溫2h，再以3°C /min的升溫速率升到1450°C后，保溫Ih之后隨爐冷卻至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述莫來石晶須前驅(qū)體顆粒的制備方法為采用蘇州高嶺土作為硅源，氫氧化鋁為鋁源，并外加氟化鋁和五氧化二釩作為催化劑和礦化劑，經(jīng)稱料、干法球磨、過篩、噴水造粒、陳腐獲得莫來石晶須前驅(qū)體顆粒備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述蘇州高嶺土、氫氧化鋁、氟化鋁、五氧化二釩的重量百分比組成為蘇州高嶺土45%、氫氧化招55%、氟化招3%、五氧化二f凡4%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述噴水造粒獲得的顆粒粒徑為20-60目、60-80目、80-120目。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料的制備方法為以工業(yè)a-Al2O3、蘇州高嶺土、方解石、BaCO3、滑石為原料，經(jīng)稱料、濕法球磨、烘干、制粉、過篩獲得剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料備用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體原料的重量百分比組成為工業(yè)a-Al20375%、蘇州高嶺土 15%、方解石2%、BaCO3 4%、滑石 4%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述剛玉-莫來石(fai 質(zhì)耐火材料的吸水率為12 18%、抗折強(qiáng)度為49 56MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的制備剛玉-莫來石(sa)質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所述剛玉-莫來石質(zhì)耐火材料的熱膨脹系數(shù)為4. 5X 10_6 5. 5X 10_6。
全文摘要
本發(fā)明公開一種莫來石晶須前驅(qū)體定量原位制備剛玉-莫來石(晶須)質(zhì)耐火材料的方法，將莫來石晶須前驅(qū)體顆粒和剛玉燒結(jié)體前驅(qū)體粉料，按重量百分比40～6040～60稱重后，經(jīng)干法混合、半干壓成型、燒制獲得剛玉-莫來石(晶須)質(zhì)耐火材料。本發(fā)明創(chuàng)新地通過向燒結(jié)體前驅(qū)體粉料中加入控制一定造粒粒徑的莫來石晶須前驅(qū)體顆粒，讓其定位定量原位合成針狀莫來石來制備剛玉-莫來石(晶須)質(zhì)耐火材料，利用均勻分布、原位生成的莫來石晶須網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度和低膨脹性特性，從而大幅提高材料的強(qiáng)度和抗熱震性，因此具有廣闊的市場空間。
文檔編號C04B35/101GK102942375SQ20121048101
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者顧幸勇, 李萍, 羅婷, 胡克艷, 董偉霞 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院