[发明专利]刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，特别涉及一种刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法。

背景技术

刚玉即α-Al₂O₃是Al₂O₃的高温结构相，密度3.98g/cm³，属斜方晶型，具有高硬度、高熔点，高强度，耐酸碱腐蚀等优异的物理化学特性，是一种重要的工程陶瓷材料，其应用范围非常广泛。莫来石是Al₂O₃-SiO₂二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物，属斜方晶体，其化学式为3Al₂O₃-2SiO₂，密度3.16，性能与刚玉陶瓷相当，高温力学和热学尤为突出，是一种优异的高温结构材料。

由于莫来石晶体一般为柱状或者棱柱状，而刚玉体一般为粒状，将刚玉和莫来石两种不同的陶瓷物相复合后形成的刚玉-莫来石复相陶瓷材料可综合刚玉晶体和莫来石晶体的双重优点，使得这种材料在各方面都优于单相莫来石材料或刚玉材料。具有这类优异性能的材料比较适合应用于耐火材料和油气井压裂支撑剂，但考虑到这类材料消耗巨大，若用纯原料来合成则严重提高了材料的生产成本，因此需要开发一种采用天然矿物原料和工业废渣合成此类复相陶瓷材料的新技术。

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是我国当前排放量最大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量已达3000万吨。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。而粉煤灰的主要成分SiO₂、Al₂O₃可作为合成刚玉-莫来石复相陶瓷的原料，其他成分如FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂以及一些潜活性组分有助于高温下陶瓷新相的形成并能促进复相陶瓷材料烧结。因而可利用粉煤灰配合铝矾土矿料进行刚玉-莫来石复相陶瓷材料的生产。

目前，生产刚玉或莫来石均质材料的方法较成熟，而将二者复合的技术较少。部分方法需要采用化学合成原料，或者需要铝矾土、粉煤灰中氧化铝的含量较高，此类原材料来源较少、成本较高，限制了其在实际生产中的应用，同时也降低了资源的综合利用率。另外，现有制备此类复相材料的方法通常需要先合成陶瓷材料再通过高温烧结制成一定形状和尺寸的制件产品，其工艺流程复杂、产品质量不稳定且能耗较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法，该方法选用的铝矾土为较低品味原料，在满足材料使用性能要求的同时降低生产成本、提高资源利用率。

为此本发明的技术方案如下：

一种刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照质量分数，将1～25%的粉煤灰、0～5%的氧化钙、0～10%的钠长石和60～99%的铝矾土混合均匀，得到原料，其中，所述铝矾土为三氧化二铝含量为50～68%的铝矾土；

2）将所述原料置于球磨机中混合均匀并使其粒径小于74μm，得到混合粉料；

3）向所述混合粉料中加入占其质量1～3%的水玻璃搅拌均匀，陈腐1～2h，在压力机或造粒机上进行成型制坯，得到坯料；

4）将所述坯料以5～15℃/min的速率升温到1350～1420℃，保温40～120min后随炉冷却，即得所述刚玉-莫来石复相陶瓷材料。

所述粉煤灰是GB/T1596-2005里所述的F类II级混凝土粉煤灰。

步骤4）的升温过程分为两步，第一步以5～10℃/min的速率由室温升温到600～800℃，第二步以10～15℃/min的速率升温到1350～1420℃。

所述钠长石为粉末状。

所述氧化钙由碳酸钙、方解石粉、石膏粉受热分解得到。

该制备方法选用的铝矾土为较低品味原料，在满足材料使用性能要求的同时降低生产能耗和成本、提高资源利用率。

附图说明

图1为实施例1～5制得产品的X射线衍射曲线；

图2为实施例几2制得产品的断面形貌图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法进行详细描述。

实施例1

一种刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：