礬土基MgAlON的製備方法
2023-04-27 15:58:56 2
專利名稱：礬土基MgAlON的製備方法
所屬領域本發明涉及一種陶瓷或耐火材料用原料的製備方法，具體涉及到一種由高鋁礬土經鋁熱氮化還原合成MgAlON的製備方法。
背景技術：
MgAlON是一種新型的陶瓷材料，具有優良的化學和機械性能，因而無論在高技術陶瓷還是在耐火材料中都有廣泛的應用，特別是在耐火材料領域，MgAlON複合耐火材料，具有良好的抗渣性能、抗鋼液衝刷性能，從而可滿足冶煉高質量超純淨鋼要求，並能避免因使用過程造成的汙染，有望取代含碳耐火材料用於冶煉純淨鋼；另外，由於MgAlON複合材料優良的抗侵蝕性，可望在有色冶金及化工行業得到廣泛的應用。
目前製備MgAlON主要採用三種工藝方法1、由AlN、Al2O3及MgO合成。該方法是固-固反應機制，合成溫度高且反應時間長，因此多採用超細人工合成原料，易於控制，但成本高，能耗大。
2、由Al2O3及MgO(MgAl2O4)和C合成。碳熱還原氮化法合成MgAlON的機制是還原-氮化-固溶機制，雖然原料的價格低於第一種方法，但製備過程工藝條件要求高，難度較大。
3、由Al、Al2O3及MgO製備。該法是通過金屬直接氮化並進一步發生固溶反應合成MgAlON。該法由於技術難度高而較少採用。
以上三種方法均採用氧化鋁為主要原料合成MgAlON，成本較高。為了降低成本，也有採用廉價的天然礦物原料高鋁礬土為主要原料製備出主晶相為MgAlON的材料，如孫加林提出的99100292.X專利申請，其製備是採用碳還原氮化合成工藝，其特徵主要是將原料埋於含碳材料中，在燒結過程中被碳還原並與氮氣反應最終形成MgAlON，燒結溫度為1550-1650℃，保溫時間為72-110h，所合成的原料中N含量為1.5-5.8％。
發明內容
本發明的目的在於提供一種直接利用高鋁礬土通過Al熱還原氮化燒結，在較低溫度、較短時間內合成晶粒細小、氮含量高的礬土基MgAlON的製備方法。
本發明的技術方案為a.將50-80％高鋁礬土、20-40％的金屬鋁、2-10％的氧化鎂混合均勻，加入原料總量5-10％的結合劑，繼續混合至均勻，機壓成型或擠壓成形；b.將a中成型塊料放入氮化爐中，在流動氮氣氣氛下進行氮化燒結，氮化燒結溫度為1400-1550℃，保溫時間4-12小時；c.將爐溫降至700℃-室溫時，停止通氮氣，即製得礬土基MgAlON。
在上述製備方法中，所說的高鋁礬土為生料或輕燒料，其灼燒後的主要成分的質量百分比為Al2O380-95％、SiO25-10％、TiO22-5％；所說的金屬鋁用作還原劑，其中Al的含量為95-99.9％；所說的氧化鎂中MgO的含量為95-99％；氧化鎂可以用MgAl2O4替代，其中MgO+Al2O3的含量為95-99％；所說的結合劑為亞硫酸紙漿廢液、聚乙烯醇、糊精、木質素、羧甲基纖維素、樹脂中的一種或幾種。
與現有技術相比，本發明的優點在於1、本發明以中國儲量極豐富的高鋁礬土為原料，不僅可大大地降低MgAlON的製造成本，而且可以改善我國目前在高鋁礬土加工和使用方面相對落後的狀態，提高原料的附加值。
2、本發明製備工藝簡單，燒結溫度較低、時間較短，無需複雜的工藝設備和工藝過程。
3、本發明合成的產物MgAlON晶粒細小，小於5μm，氮含量較高，≥6wt％。
附圖1為本發明實施例1所得產物的XRD分析圖，反映了產物1的物相組成。
附圖2為本發明實施例2所得產物的XRD分析圖，反映了產物2的物相組成。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式實施例1以河南省登封市的高鋁礬土(成分如表1)、金屬鋁、氧化鎂為主要原料。
將生釩土、金屬鋁、氧化鎂分別按65％、30％、5％的重量比配料後，放入球磨罐中，幹混均勻；取出混合粉體以8％的聚乙烯醇為粘結劑，70MPa機壓成型，80℃溫度下乾燥；然後放入氣氛燒結爐中，在流動的氮氣氣氛中進行氮化燒結，燒結溫度為1550℃，保持溫度8小時；降溫至700℃關閉氮氣，繼續降溫至室溫取出，得到MgAlON塊料，經破碎和細磨後可製得MgAlON顆粒料和粉料。
本實施例中產物的XRD分析圖如圖1所示。經XRD分析，產物主晶相為MgAlON。經檢測，氮含量6.01wt％，晶體粒度小於2μm。
實施例2以河南省登封市的高鋁礬土(成分如表1)、金屬鋁、氧化鎂為主要原料。
將生釩土、金屬鋁(作為還原劑)、MgAl2O4分別按62∶24∶14的重量比配料後，放入球磨罐中，幹混均勻；取出混合粉體以8％的聚乙烯醇為粘結劑，70MPa機壓成型，80℃溫度下乾燥；然後放入氣氛燒結爐中，在流動的氮氣氣氛中進行氮化燒結，燒結溫度為1550℃，保持溫度8小時；降溫至700℃關閉氮氣，繼續降溫至室溫取出，得到MgAlON塊料，破碎細磨後，可製得MgAlON顆粒料和粉料。
本實施例中產物的XRD分析圖如圖2所示。經XRD分析，產物主晶相為MgAlON。經檢測，氮含量9.00wt％，晶體粒度小於2μm。
權利要求
1.礬土基MgAlON的製備方法，其特徵在於a.將50-80％高鋁礬土、20-40％的金屬鋁、2-10％的氧化鎂混合均勻，加入原料總量5-10％的結合劑，繼續混合至均勻，機壓成型或擠壓成形；b.將a中成型塊料放入氮化爐中，在流動氮氣氣氛下進行氮化燒結，氮化燒結溫度為1400-1550℃，保溫時間4-12小時；c.將爐溫降至700℃-室溫時，停止通氮氣，即製得礬土基MgAlON。
2.依照權利要求1所述的礬土基MgAlON的製備方法，其特徵在於高鋁礬土為生料或輕燒料，其灼燒後的主要成分的質量百分比為Al2O380-95％、SiO25-10％、TiO22-5％。
3.依照權利要求1所述的礬土基MgAlON的製備方法，其特徵在於金屬鋁中Al的含量為95-99.9％。
4.依照權利要求1所述的礬土基MgAlON的製備方法，其特徵在於氧化鎂中MgO的含量為95-99％。
5.依照權利要求1和3所述的礬土基MgAlON的製備方法，其特徵在於氧化鎂可以用MgAl2O4替代，其中MgO+Al2O3的含量為95％-99％。
6.依照權利要求1所述的礬土基MgAlON的製備方法，其特徵在於所說的結合劑為亞硫酸紙漿廢液、聚乙烯醇、糊精、木質素、羧甲基纖維素、樹脂中的一種或幾種。
全文摘要
本發明提供了一種礬土基MgAlON的製備方法。其特徵在於利用我國豐富的高鋁礬土資源(不燒或輕燒料)，配以適量金屬鋁粉和少量MgO，經混合、成型後在較低溫度下快速鋁熱氮化還原合成氮含量高、晶粒細小的礬土基MgAlON。用本發明製備的材料氮含量較高、晶粒細小、機械性能及耐火性能高、抗渣性能優越，製造成本低，可廣泛用於生產冶金、有色化工、陶瓷等行業使用的優質耐火材料及陶瓷製品。
文檔編號C04B35/03GK1482095SQ03126148
公開日2004年3月17日 申請日期2003年5月9日 優先權日2003年5月9日
發明者鍾香崇, 楊道媛, 葉方保, 郭新榮 申請人:鄭州大學