一種以高嶺土為原料制備Sialon陶瓷粉的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高技術陶瓷領域，具體涉及一種以高嶺土為原料制備Sialon陶瓷粉的方法。
【背景技術】
[0002]高嶺土(Al2S15(OH)4)是自然界分布最廣的粘土礦物之一，自然界產出的高嶺土的化學成分和礦物成分比較簡單，易于提純獲得高純度的原料。因此高嶺土以低廉的成本、具有與Sialon相近的Si/Al比值，成為合成Sialon粉體的首選天然原料。
[0003]高嶺石的晶體結構是典型的1:1型二八面體層狀硅酸鹽，即由硅氧四面體片和“氫氧鋁石”八面體片連接形成的結構層沿c軸堆垛而成，而在a軸和b軸方向上連續延伸。所有的硅氧四面體的頂尖都朝著同樣的方向，指向鋁氧八面體。硅氧四面體晶片和鋁氧八面體晶片由共用的氧原子連接在一起。高嶺石單元晶層，一面為OH層，另一面為O層，OH鍵具有強的極性，晶層與晶層之間以氫鍵結合，強氫鍵(0-0H = 0.289nrn)作用加強了結構層之間的連接。而且層間表面一個面為與硅連接的四面體氧，而另一個面為八面體上的氫基，因此存在非對稱效應，使得層與層之間具有較強的結合力。因而晶層之間連接緊密，晶層間距僅為0.72nm，故高嶺石的分散度較低且性能比較穩定，幾乎無晶格取代現象。高嶺石在顯微鏡下呈六角形鱗片狀結構。層間不含可交換性陽離子。
[0004]目前發展迅速的一種高嶺土處理方法是通過特定的有機極性小分子插入高嶺石層間形成前驅體，破壞高嶺石層間氫鍵并將層間域擴大，然后選用含氮大分子有機物，經層間取代、聚合形成穩定性好、碳含量高的高嶺石-有機物復合物。有機分子在高嶺石的層間域原位碳化、碳熱還原、氮化反應，可以制得Sialon材料。此工藝由于反應物粒度小、原料之間具有納米級均勻分布特點，以及原位反應的優越性，可以降低反應溫度，純化產物的相組成。克服傳統制備工藝的成本高、反應溫度高的缺點。提高Sialon陶瓷的機械性能和應用性能。而且，硅酸鹽礦物層與碳化有機分子以納米級水平接觸，將有利于提高反應效率、降低反應溫度，純化產物的相組成。因此，這是一種合成氮化物陶瓷非常新穎的方法。
[0005]Wang L.J.et al.用甲酞胺處理高嶺土，以丙烯酞胺取代甲酞胺形成高嶺土-聚丙烯酞胺復合物，采用碳熱還原和氮化反應技術合成了 -Sialon粉料，并運用XRD、TEM等技術對合成產物的組成、結構及形貌特征進行研宄發現，以高嶺土復合物為原料的合成產物中，相組成復雜，β, -Sialon含量較低，并有氧化物。
[0006]但是，上述方法的工藝復雜，且以有機物作為還原劑的還原效率低，因此，如果以納米石墨顆粒作為還原劑，實現分子級的混合，可以有效地提高還原效率，同時降低反應溫度，縮短反應周期，得到晶相均一、分布均勻、反應完全的-Sialon粉料。
【發明內容】
[0007]本發明的技術方案的以高嶺土為原料制備Sialon陶瓷粉的方法，步驟包括:
[0008](I)按重量百分比，選擇化學組成為 Al2O3 38-40%, S12 45-47%, H2O 13-14%、雜質< 3%的高嶺土為原料，經沖洗、干燥后過800目篩備用；
[0009]經鏡下鑒定，礦物成分主要為高嶺石，高嶺石為發育不完全的片狀或不規則狀晶體，自然片徑主要1-3 μ m左右，為片狀集合體。
[0010](2)選取濃度20%的鹽酸20mL，加入高嶺土重量0.8-1.1倍的十二烷基胺，在常溫下于磁力攪拌器中連續攪拌至十二烷基胺溶解，再加入Ig步驟(I)中制備的高嶺土，繼續攪拌，直至溶液成為膠體狀，再置于離心機上進行離心分離，離心機轉速lOOOrpm，時間3-5min，然后在80°C下干燥48-72小時，得到高嶺土復合物；
[0011]十二烷基胺是強極性大分子，可使高嶺石的層間距較大范圍地增大，有利于大分子的進入。在層間引入十二燒基胺后，高嶺石的d—值由 0.717nm增加為2.280nm，層間引入率為70%。十二烷基胺以NH基團與高嶺石四面體S1-O基形成氫鍵。高嶺石/十二烷基胺復合物在215 °C以下是穩定的。
[0012]層間引入率=Ic/(Ic+Ik) X100%, Icin Ik分別表示復合物中膨脹高嶺石的Ui射峰強度和復合物中殘留未膨脹高嶺石的Clcicil衍射峰強度。層間引入率反應的是復合物中有機物進入高嶺石層間的物質量多少，進入量越多，層間引入率越大。
[0013](3)取粒徑l_2nm的石墨顆粒Ig加入去離子水中，采用玻璃攪拌棒攪拌至形成均勻懸濁液，再加入步驟(2)中得到的高嶺土復合物以及濃度20%的鹽酸5-10mL，得到混合液，將該混合液置于電場強度為50-200V/m的均勾電場中，電場方向垂直向上，并米用玻璃攪拌棒攪拌I小時以上，在電場力和離子作用力的導向作用下，石墨顆粒進入高嶺土復合物的層間；
[0014]經高能球磨得到納米石墨顆粒，經過高能球磨的納米石墨顆粒表面存在大量缺陷，帶正電荷，在鹽酸溶液中的H+和Cl-離子的協助下，在電場中運動進入高嶺土礦物的層間空隙中。攪拌和壓力可以促進這一過程，優選環境壓力100-120MPa
[0015](4)待步驟(3)的反應過程基本結束后，進行過濾，采用乙醇沖洗過濾物，再干燥；
[0016](5)將步驟(4)的產物裝入石墨模具內，在燒結爐中進行常壓燒結，燒結溫度為1400-1500°C，升溫速率0.1°C /秒，壓力為latm，保護氣氛為N2，N2流量為0.5L/min，保溫時間4h，并在隊氣氛下隨爐冷卻；
[0017](6)將步驟(5)的產物在500°C的空氣氣氛中熱處理3-5小時，除去未反應的石墨顆粒，得到Sialon陶瓷粉。
[0018]在所合成的Sialon粉體中，晶相主要是Sialon相(以β ' -Sialon為主)，還有少量(5-10% )莫來石相。
【附圖說明】
[0019]圖1是高嶺土原料的SEM電鏡圖。
[0020]圖2是高嶺土的XRD分析圖。
[0021]圖3是β ' -Sialon粉末的SEM電鏡圖。
【具體實施方式】
[0022]為了進一步說明本發明的技術方