[发明专利]具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷及其制备方法，该具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷由硅源和铝源组成，且硅源与铝源的质量比为(40～50)：(50～60)；其中，硅源为煤系高岭土，铝源为α‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和Al(OH)subgt;3/subgt;的混合物。本发明通过引入煤系高岭土，在1550～1650℃高温烧成过程中使二次莫来石反应持续进行，抑制了液相大量生成，从而提高了陶瓷的使用温度并且降低了收缩率；同时，利用所引入的少量碳质形成微孔，不仅能有效抑制陶瓷收缩，还分散了内应力，使陶瓷强度得到提高。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别是一种具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷及其制备方法。

背景技术

莫来石陶瓷具有热膨胀系数小，抗热震性及抗腐蚀性优的特点，被广泛用作各种高温窑炉的内衬，包括熔炉窑、鼓风炉、炽热铁浇槽及连续铸炉等内衬材料。由于莫来石陶瓷中通常含有部分玻璃相，为避免材料在使用过程中鼓泡，蠕变及破裂，莫来石陶瓷需具备较高的使用温度和强度。另一方面，莫来石陶瓷在烧成过程中通常伴随着体积收缩，影响制品的质量，如导致口径歪扭、几何形状的改变等，该因素影响了材料的装配尺寸精度，需要对烧成样品进行磨削、切割与抛光等后加工处理。因此莫来石陶瓷在烧成过程中还需具备收缩小的特点。

目前莫来石陶瓷的烧成温度集中在1300～1600℃，其烧成温度偏低，导致其使用温度随之也偏低(一般而言，莫来石陶瓷的使用温度取决于烧成温度，莫来石陶瓷的使用温度通常低于烧成温度80～100℃)，且现有技术中制备出的莫来石陶瓷难以同时兼具强度高与收缩小的特点。如中国发明专利《一种高长径比莫来石晶须陶瓷材料的制备方法》(CN108059449 A)一文中选用石英玻璃粉与Al₂O₃作为原料，经1350～1520℃烧成后，制备出收缩率达0.37～0.45％的莫来石陶瓷，但样品的抗弯强度低于7MPa。中国发明专利《一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法》(CN 106673678 A)一文报道，经1325～1450℃烧制的莫来石轻质隔热砖，样品的线收缩小于1％，但抗压强度低于20MPa。文献《Cost-effectiveutilization of mineral-based raw materials for preparation of porous mulliteceramic membranes via in-situ reaction method》(Applied Clay Science.120(2016)1351-141)一文报道，经1300～1600℃烧成的莫来石陶瓷，样品最小的收缩率低于0.5％，但对应的抗弯强度低于100MPa。文献《Environment-oriented low-cost porous mulliteceramic membrane supports fabricated from coal gangue and bauxite》(Journal ofHazardous Materials.273(2014)136–145)一文中报道了莫来石陶瓷的最小收缩率为1.8％，对应的烧成温度为1340℃。然而当提高烧成温度至1500℃时，样品的线收缩升至5％。综上所述，现有方法制备的莫来石陶瓷的使用温度较低，且制备出的收缩小的莫来石陶瓷强度较低，难以兼顾具备高强度、高耐温以及低收缩三方面的性能。故需要提出一种新的莫来石陶瓷制备工艺用于解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷及其制备方法，用于解决现有莫来石陶瓷制备方法难以兼顾具备高强度、高耐温以及低收缩三方面性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了第一解决方案为：提供一种具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷，具有高强度、低收缩性能的莫来石陶瓷由硅源和铝源组成，且硅源与铝源的质量比为(40～50)：(50～60)；其中，硅源为煤系高岭土，铝源为α-Al₂O₃和Al(OH)₃的混合物。