納米孔徑的多孔剛玉‑鎂鋁尖晶石陶瓷及其製備方法與流程

2023-04-27 06:04:11 3

本發明屬於多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷技術領域。尤其涉及一種納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷及其製備方法。

背景技術：

工業窯爐是鋼鐵、有色冶金和建材等高溫行業加熱的關鍵設備，亦是能源消耗大戶。隔熱耐火材料是減少工業窯爐熱量損失的重要基礎材料，發展輕質、高效的隔熱耐火材料對高溫工業節能減排具有現實意義。剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷具有優良的高溫力學性能和高溫化學穩定性，以剛玉-鎂鋁尖晶石複合材料為原料製備的多孔材料在工業窯爐隔熱保溫方面具有廣泛的應用前景。

目前已有一些關於多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的研究工作，如「具有核殼結構的多孔剛玉骨料及其製備方法」（cn201410584015.7）專利技術，採用泡沫法雖製得含有核殼結構多孔剛玉球的剛玉-尖晶石骨料，但氣孔尺寸大、顯氣孔率低、體積密度大和保溫效果較差；又如「一種多孔尖晶石質陶瓷及其製備方法」（cn200610019551.8）專利技術，以菱鎂礦和al(oh)3為原料，採用原位分解合成技術雖製得多孔尖晶石陶瓷，但所制製品強度較低、氣孔孔徑大、透氣度高和抗介質侵蝕滲透能力差。

技術實現要素：

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的製備方法，所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷體積密度小、導熱係數低、強度高、透氣度低和抗介質侵蝕能力強。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案的步驟是：

步驟一、將氫氧化鋁細粉置於高溫爐內，先以0.3~1.2℃/min的速率升溫至280~450℃，保溫1~4小時，再以1.5~2.3℃/min的速率升溫至800~1200℃，保溫1~5小時，冷卻，得到高孔隙率的氧化鋁粉體。

步驟二、按所述高孔隙率的氧化鋁粉體為60~89wt%、氯化鎂溶液為10~25wt%和菱鎂礦微粉為0.1~19wt%配料，將所述高孔隙率的氧化鋁粉體置於真空攪拌機中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述氯化鎂溶液和所述菱鎂礦微粉加入所述真空攪拌機中，攪拌10~15分鐘，關閉抽真空系統，得到混合料。

步驟三、將所述混合料在110~220℃條件下保溫2~5h，冷卻，在30~100mpa條件下機壓成型，成型後的坯體於110℃條件下乾燥12~36小時；然後將乾燥後的坯體置於高溫爐內，以1~3℃/min的速率升溫至800~1200℃，保溫1~4h，再以3~5℃/min的速率升溫至1400~1600℃，保溫3~8h，冷卻，即得納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷。

所述氫氧化鋁細粉粒徑小於88μm，氫氧化鋁細粉的al2o3含量為60~66wt%。

所述菱鎂礦微粉粒徑小於6μm，菱鎂礦微粉的mgo含量為42~50wt%。

所述氯化鎂溶液的mgcl2含量為10~30wt%。

由於採用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發明採用的氫氧化鋁細粉在280~450℃條件下分解產生納米級氣孔，形成氧化鋁微晶，利用其在800~1200℃時會發生表面擴散物質傳輸過程，使氧化鋁微晶之間產生頸部連結，以限制燒結中後期的顆粒重排，得到高孔隙率的氧化鋁粉體；採用高孔隙率的氧化鋁粉體能使納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的體積密度降低。

本發明向高孔隙率的氧化鋁粉體中引入含氯化鎂溶液，在真空條件下溶液中的氯化鎂富集在顆粒頸部，通過高溫原位反應生成體積膨脹的鎂鋁尖晶石，阻礙納米孔合併長大。

本發明向高孔隙率的氧化鋁粉體中引入菱鎂礦微粉以填充氧化鋁粉體之間的空隙，一方面會使氧化鋁顆粒間的氣孔納米化，會增強納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的強度，降低製品的透氣度和導熱係數；另一方面菱鎂礦微粉和氯化鎂溶液與氧化鋁原位反應生成尖晶石，由於尖晶石生成在氧化鋁顆粒的頸部，形成氧化鋁顆粒頸部間的連接，阻止了氧化鋁顆粒在高溫燒結過程中的重排，提高了納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的強度和抗介質侵蝕性能。

本發明所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷經檢測：顯氣孔率為25~60%；體積密度為1.53~2.65g/cm3；平均孔徑為300~1000nm；耐壓強度為50~150mpa；物相組成為剛玉和鎂鋁尖晶石。

因此，本發明所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的氣孔孔徑為納米級，具有體積密度小、導熱係數低、強度高、透氣度低和抗介質侵蝕能力強的特點。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明作進一步的描述，並非對其保護範圍的限制。

為避免重複，先將本具體實施方式中的原料統一描述如下，實施例中不再贅述：

所述氫氧化鋁細粉的al2o3含量為60~66wt%。

所述菱鎂礦微粉的mgo含量為42~50wt%。

所述氯化鎂溶液的mgcl2含量為10~30wt%。

實施例1

一種納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷及其製備方法。本實施例所述製備方法的步驟是：

步驟一、將氫氧化鋁細粉置於高溫爐內，先以0.3~1.2℃/min的速率升溫至280~450℃，保溫1~2小時，再以1.5~2.3℃/min的速率升溫至800~1000℃，保溫1~3小時，冷卻，得到高孔隙率的氧化鋁粉體。

步驟二、按所述高孔隙率的氧化鋁粉體為60~70wt%、氯化鎂溶液為20~25wt%和菱鎂礦微粉為10~15wt%配料，將所述高孔隙率的氧化鋁粉體置於真空攪拌機中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述氯化鎂溶液和所述菱鎂礦微粉加入所述真空攪拌機中，攪拌10~15分鐘，關閉抽真空系統，得到混合料。

步驟三、將所述混合料在110~220℃條件下保溫2~3h，冷卻，在30~60mpa條件下機壓成型，成型後的坯體於110℃條件下乾燥12~24小時；然後將乾燥後的坯體置於高溫爐內，以1~3℃/min的速率升溫至800~1000℃，保溫1~3h，再以4~5℃/min的速率升溫至1400~1500℃，保溫3~5h，冷卻，即得納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷。

本實施例所述菱鎂礦細粉粒徑小於6μm；所述氫氧化鋁微粉粒徑小於88μm。

本實施例所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷經檢測：顯氣孔率為40~60%；體積密度為1.53~2.17g/cm3；平均孔徑為600~1000nm；耐壓強度為50~100mpa。

實施例2

一種納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷及其製備方法。本實施例所述製備方法的步驟是：

步驟一、將氫氧化鋁細粉置於高溫爐內，先以0.3~1.2℃/min的速率升溫至280~450℃，保溫2~3小時，再以1.5~2.3℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫3~5小時，冷卻，得到高孔隙率的氧化鋁粉體。

步驟二、按所述高孔隙率的氧化鋁粉體為65~75wt%、氯化鎂溶液為10~17wt%和菱鎂礦微粉為15~19wt%配料，將所述高孔隙率的氧化鋁粉體置於真空攪拌機中，抽真空至1.5kpa以下，再將所述氯化鎂溶液和所述菱鎂礦微粉加入所述真空攪拌機中，攪拌10~15分鐘，關閉抽真空系統，得到混合料。

步驟三、將所述混合料在110~220℃條件下保溫3~4h，冷卻，在60~80mpa條件下機壓成型，成型後的坯體於110℃條件下乾燥18~24小時；然後將乾燥後的坯體置於高溫爐內，以1~3℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫1~3h，再以4~5℃/min的速率升溫至1500~1600℃，保溫3~5h，冷卻，即得納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷。

本實施例所述菱鎂礦細粉粒徑小於4μm；所述氫氧化鋁微粉粒徑小於44μm。

本實施例所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷經檢測：顯氣孔率為35~55%；體積密度為1.69~2.33g/cm3；平均孔徑為500~800nm；耐壓強度為60~110mpa。

實施例3

一種納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷及其製備方法。本實施例所述製備方法的步驟是：

步驟一、將氫氧化鋁細粉置於高溫爐內，先以0.3~1.2℃/min的速率升溫至280~450℃，保溫2~4小時，再以1.5~2.3℃/min的速率升溫至800~1000℃，保溫1~3小時，冷卻，得到高孔隙率的氧化鋁粉體。

步驟二、按所述高孔隙率的氧化鋁粉體為70~82wt%、氯化鎂溶液為15~20wt%和菱鎂礦微粉為2~11wt%配料，將所述高孔隙率的氧化鋁粉體置於真空攪拌機中，抽真空至0.5kpa以下，再將所述氯化鎂溶液和所述菱鎂礦微粉加入所述真空攪拌機中，攪拌10~15分鐘，關閉抽真空系統，得到混合料。

步驟三、將所述混合料在110~220℃條件下保溫2~4h，冷卻，在70~90mpa條件下機壓成型，成型後的坯體於110℃條件下乾燥16~30小時；然後將乾燥後的坯體置於高溫爐內，以1~3℃/min的速率升溫至800~1000℃，保溫3~4h，再以3~4℃/min的速率升溫至1400~1500℃，保溫5~8h，冷卻，即得納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷。

本實施例所述菱鎂礦細粉粒徑為2~4μm；所述氫氧化鋁微粉粒徑為22~74μm。

本實施例所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷經檢測：顯氣孔率為30~50%；體積密度為1.85~2.49g/cm3；平均孔徑為400~700nm；耐壓強度為80~130mpa。

實施例4

一種納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷及其製備方法。本實施例所述製備方法的步驟是：

步驟一、將氫氧化鋁細粉置於高溫爐內，先以0.3~1.2℃/min的速率升溫至280~450℃，保溫3~4小時，再以1.5~2.3℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫3~5小時，冷卻，得到高孔隙率的氧化鋁粉體。

步驟二、按所述高孔隙率的氧化鋁粉體為75~89wt%、氯化鎂溶液為10~18wt%和菱鎂礦微粉為0.1~10wt%配料，將所述高孔隙率的氧化鋁粉體置於真空攪拌機中，抽真空至1.0kpa以下，再將所述氯化鎂溶液和所述菱鎂礦微粉加入所述真空攪拌機中，攪拌10~15分鐘，關閉抽真空系統，得到混合料。

步驟三、將所述混合料在110~220℃條件下保溫3~5h，冷卻，在80~100mpa條件下機壓成型，成型後的坯體於110℃條件下乾燥24~36小時；然後將乾燥後的坯體置於高溫爐內，以1~3℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫3~4h，再以3~4℃/min的速率升溫至1500~1600℃，保溫4~8h，冷卻，即得納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷。

本實施例所述菱鎂礦細粉粒徑小於2μm；所述氫氧化鋁微粉粒徑小於22μm。

本實施例所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷經檢測：顯氣孔率為25~45%；體積密度為2.01~2.65g/cm3；平均孔徑為300~600nm；耐壓強度為100~150mpa。

本具體實施方式與現有技術相比具有如下積極效果：

本具體實施方式採用的氫氧化鋁細粉在280~450℃條件下分解產生納米級氣孔，形成氧化鋁微晶，利用其在800~1200℃時會發生表面擴散物質傳輸過程，使氧化鋁微晶之間產生頸部連結，以限制燒結中後期的顆粒重排，得到高孔隙率的氧化鋁粉體；採用高孔隙率的氧化鋁粉體能使納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的體積密度降低。

本具體實施方式向高孔隙率的氧化鋁粉體中引入含氯化鎂溶液，在真空條件下溶液中的氯化鎂富集在顆粒頸部，通過高溫原位反應生成體積膨脹的鎂鋁尖晶石，阻礙納米孔合併長大。

本具體實施方式向高孔隙率的氧化鋁粉體中引入菱鎂礦微粉以填充氧化鋁粉體之間的空隙，一方面會使氧化鋁顆粒間的氣孔納米化，會增強納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的強度，降低製品的透氣度和導熱係數；另一方面菱鎂礦微粉和氯化鎂溶液與氧化鋁原位反應生成尖晶石，由於尖晶石生成在氧化鋁顆粒的頸部，形成氧化鋁顆粒頸部間的連接，阻止了氧化鋁顆粒在高溫燒結過程中的重排，同時提高了納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的強度和抗介質侵蝕性能。

本具體實施方式所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷經檢測：顯氣孔率為25~60%；體積密度為1.53~2.65g/cm3；平均孔徑為300~1000nm；耐壓強度為50~150mpa；物相組成為剛玉和鎂鋁尖晶石。

因此，本具體實施方式所製備的納米孔徑的多孔剛玉-鎂鋁尖晶石陶瓷的氣孔孔徑為納米級，具有體積密度小、導熱係數低、強度高、透氣度低和抗介質侵蝕能力強的特點。