一種自增強莫來石多孔陶瓷的製備方法
2023-06-17 05:09:31 1
一種自增強莫來石多孔陶瓷的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種自增強莫來石多孔陶瓷的製備方法。所採取的技術步驟為：將質量百分比為30~50%的含Al2O3和SiO2礦物或固體廢棄物，25~55%的工業氧化鋁粉，0.5~30%的澱粉進行配料，再外加上述混合料總質量的1~30%的銨鹽類添加劑，並調整原料中Al2O3與SiO2摩爾比為3:2，混合、球磨、成型。再將成型後的素坯於1400~1600℃下燒結1~6小時，獲得自增強的莫來石多孔陶瓷。本發明方法製備的產品是一種以莫來石為主晶相，強度高(40~80MPa)，氣孔率高(30~60%)，孔徑小的自生纖維增強的莫來石質多孔陶瓷。
【專利說明】一種自增強莫來石多孔陶瓷的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多孔陶瓷材料領域。尤其涉及一種自增強的莫來石質多孔陶瓷的製備方法。
【背景技術】
[0002]莫來石質多孔陶瓷因其成本較低廉，具有良好的熱穩定性能、低的熱膨脹率和熱導率、較高的機械性能及優良的化學穩定性，而被廣泛地應用於窯爐輕質保溫耐火材料、蓄熱換熱器、金屬過濾器及化學催化載體等領域。然而目前使用的莫來石質多孔陶瓷多存在孔結構不合理、玻璃相較多及抗折強度相對較低等缺點，尤其是對於高氣孔率的莫來石質多孔陶瓷，其較低的強度成為制約其發展的主要瓶頸之一。因此，近年來，有文獻和專利報導了凝膠注模成型、原位合成針狀結構莫來石自增強莫來石質多孔陶瓷等工藝。前者由於其較高的生產成本和複雜的生產工藝而較少應用於實際生產中，後者因利用其自身原位生成的針狀結構莫來石互相編織形成網狀結構，孔結構合理，孔徑較小，且針狀結構增強的莫來石多孔陶瓷具有較高的強度，而被認為具有廣闊的應用前景和現實意義。
[0003]目前，文獻報導的製備針狀結構莫來石多孔陶瓷的方法主要為在原料中添加AlF3添加劑，高溫燒成原位合成針狀莫來石增強的莫來石多孔陶瓷。這種方法工藝簡單，成本低廉，但其陶瓷基體中具有針狀結構莫來石的含量較低，不能生成大量的針狀莫來石纖維，且需使用成本較高的Al (OH)3為原料。美國DOW公司通過將含莫來石前驅體的陶瓷素坯置於SiF4氣體中，通過氣固反應形成針狀結構的莫來石質多孔陶瓷，該種方法製備的針狀莫來石多孔陶瓷具有優良的使用性能，並成功應用於柴油機顆粒過濾器中，但該方法對原料要求較高，製備工藝複雜，因此很難在低附加值的多孔莫來石陶瓷產品中推廣應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種原料成本低廉、生產工藝簡單、多孔陶瓷中含有大量針狀結構莫來石、高強度的纖維自增強莫來石多孔陶瓷的製備方法，克服了目前原位合成多孔莫來石基體中針狀結構莫來石含量較少，強度較低的缺點。
[0005]為達到上述目的，本發明通過在含氧化鋁和氧化矽的原料中添加一定量的造孔劑和添加劑，製成纖維自增強的莫來石質多孔陶瓷，具體技術步驟如下。
[0006]以質量百分比為30~50%的含Al2O3和SiO2礦物或固體廢棄物，25~55%的氧化鋁為原料，並調整原料中Al2O3與SiO2摩爾比為3:2進行配料，以0.5^30%的澱粉為造孔劑，外加上述混合料質量的廣30%的銨鹽類添加劑，通過混合、球磨、成型，再將成型後的坯體於140(Tl600°C下燒結I~6小時。
[0007]其中，含Al2O3和SiO2礦物或固體廢棄物為高嶺土、廣西白泥或粉煤灰中的一種或多種混合物，銨鹽類添加劑為氟化銨、氟化氫銨或硫酸鋁銨中的一種或多種混合物。
[0008]本發明通過在含Al2O3和SiO2原料中添加一種或多種銨鹽類添加劑，實現製備大量針狀纖維莫來石自增強的高強度莫來石多孔陶瓷的目的。本發明製備的莫來石多孔陶瓷具有針狀莫來石纖維含量高、強度高、孔徑結構合理、莫來石晶相高等特點。通過本發明，可有效利用成本低廉的含Al2O3和SiO2礦物或固體廢棄物，提高莫來石多孔陶瓷的使用性能，具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的莫來石多孔陶瓷的X射線衍射圖 圖2為本發明的莫來石多孔陶瓷的掃描電鏡照片
【具體實施方式】
[0010]實施例1
以質量百分比為38.4%的高嶺土、31.6%的工業氧化鋁粉、30%的澱粉為原料進行配料，外加15%的氟化銨為添加劑，混合、球磨24小時，於30MPa的壓力下成型。將成型後的素坯置於1500°C的溫度下保溫2小時，得到纖維自增強莫來石多孔陶瓷。
[0011]用本實施例方法製備的產品，其顯氣孔率為51%，體積密度為1.53 g/cm3，三點抗折強度為48.6MPa。圖1和圖2來自本實施例，圖1說明製備的多孔陶瓷晶相為莫來石相，圖2說明多孔陶瓷中存在大量的針狀結構的莫來石纖維。
[0012]實施例2
以質量百分比為39.6%的廣西白泥、40.4%的工業氧化鋁粉、20%的澱粉為原料進行配料，再外加15%的氟化銨為添加劑，混合、球磨24小時，於30MPa的壓力下成型。將成型後的素坯置於1600°C的溫度下保溫2小時，得到纖維自增強莫來石多孔陶瓷。
[0013]採用本實施例方法製備的產品，其顯氣孔率為36%，體積密度為1.85 g/cm3，三點抗折強度為85.4MPa，陶瓷基體中存在大量的棒狀結構莫來石纖維。
[0014]實施例3
以質量百分比為36.9%的廣西白泥、33.1%的工業氧化鋁粉、30%的澱粉為原料進行配料，再外加20%的氟化氫銨為添加劑，混合、球磨24小時，於30MPa的壓力下成型。將成型後的素坯置於1400°C的溫度下保溫2小時，得到纖維自增強莫來石多孔陶瓷。
[0015]採用本實施例方法製備的產品，其顯氣孔率為60%，體積密度為1.44 g/cm3，三點抗折強度為30.1MPa，陶瓷基體中存在大量的針狀結構莫來石纖維。
【權利要求】
1.一種纖維自增強莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於將質量百分比為30-50%的含Al2O3和SiO2礦物或固體廢棄物，25-55%的工業氧化鋁粉，0.5~30%的澱粉進行配料，再外加上述混合料質量的1-30%的銨鹽類添加劑，並調整原料中Al2O3與SiO2摩爾比為3:2，通過混合、球磨、成型，再將成型後的坯體於1400-l600°C下燒結1-6小時。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的含Al2O3和SiO2礦物或固體廢棄物為高嶺土、廣西白泥或粉煤灰一種或多種混合物。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的銨鹽類添加劑為氟化銨、氟化氫銨或硫酸鋁銨中的一種或多種混合物。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的外加銨鹽類添加劑，其添加量為原料總質量的f 30%。
【文檔編號】C04B35/185GK103833400SQ201210486457
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2012年11月27日
【發明者】袁磊, 於景坤, 顏正國, 韓露, 呂寧寧 申請人:東北大學