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      礬土基MgAlON的制備方法

      文檔序號(hào):1850196閱讀:724來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:礬土基MgAlON的制備方法
      所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種陶瓷或耐火材料用原料的制備方法,具體涉及到一種由高鋁礬土經(jīng)鋁熱氮化還原合成MgAlON的制備方法。
      背景技術(shù)
      MgAlON是一種新型的陶瓷材料,具有優(yōu)良的化學(xué)和機(jī)械性能,因而無(wú)論在高技術(shù)陶瓷還是在耐火材料中都有廣泛的應(yīng)用,特別是在耐火材料領(lǐng)域,MgAlON復(fù)合耐火材料,具有良好的抗渣性能、抗鋼液沖刷性能,從而可滿足冶煉高質(zhì)量超純凈鋼要求,并能避免因使用過(guò)程造成的污染,有望取代含碳耐火材料用于冶煉純凈鋼;另外,由于MgAlON復(fù)合材料優(yōu)良的抗侵蝕性,可望在有色冶金及化工行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
      目前制備MgAlON主要采用三種工藝方法1、由AlN、Al2O3及MgO合成。該方法是固-固反應(yīng)機(jī)制,合成溫度高且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),因此多采用超細(xì)人工合成原料,易于控制,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(jī)制是還原-氮化-固溶機(jī)制,雖然原料的價(jià)格低于第一種方法,但制備過(guò)程工藝條件要求高,難度較大。
      3、由Al、Al2O3及MgO制備。該法是通過(guò)金屬直接氮化并進(jìn)一步發(fā)生固溶反應(yīng)合成MgAlON。該法由于技術(shù)難度高而較少采用。
      以上三種方法均采用氧化鋁為主要原料合成MgAlON,成本較高。為了降低成本,也有采用廉價(jià)的天然礦物原料高鋁礬土為主要原料制備出主晶相為MgAlON的材料,如孫加林提出的99100292.X專利申請(qǐng),其制備是采用碳還原氮化合成工藝,其特征主要是將原料埋于含碳材料中,在燒結(jié)過(guò)程中被碳還原并與氮?dú)夥磻?yīng)最終形成MgAlON,燒結(jié)溫度為1550-1650℃,保溫時(shí)間為72-110h,所合成的原料中N含量為1.5-5.8%。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種直接利用高鋁礬土通過(guò)Al熱還原氮化燒結(jié),在較低溫度、較短時(shí)間內(nèi)合成晶粒細(xì)小、氮含量高的礬土基MgAlON的制備方法。
      本發(fā)明的技術(shù)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(jié)合劑,繼續(xù)混合至均勻,機(jī)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(dòng)氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行氮化燒結(jié),氮化燒結(jié)溫度為1400-1550℃,保溫時(shí)間4-12小時(shí);c.將爐溫降至700℃-室溫時(shí),停止通氮?dú)?,即制得礬土基MgAlON。
      在上述制備方法中,所說(shuō)的高鋁礬土為生料或輕燒料,其灼燒后的主要成分的質(zhì)量百分比為Al2O380-95%、SiO25-10%、TiO22-5%;所說(shuō)的金屬鋁用作還原劑,其中Al的含量為95-99.9%;所說(shuō)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(shuō)的結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液、聚乙烯醇、糊精、木質(zhì)素、羧甲基纖維素、樹(shù)脂中的一種或幾種。
      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明以中國(guó)儲(chǔ)量極豐富的高鋁礬土為原料,不僅可大大地降低MgAlON的制造成本,而且可以改善我國(guó)目前在高鋁礬土加工和使用方面相對(duì)落后的狀態(tài),提高原料的附加值。
      2、本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單,燒結(jié)溫度較低、時(shí)間較短,無(wú)需復(fù)雜的工藝設(shè)備和工藝過(guò)程。
      3、本發(fā)明合成的產(chǎn)物MgAlON晶粒細(xì)小,小于5μm,氮含量較高,≥6wt%。


      附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的XRD分析圖,反映了產(chǎn)物1的物相組成。
      附圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物的XRD分析圖,反映了產(chǎn)物2的物相組成。
      下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
      具體實(shí)施例方式實(shí)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%的重量比配料后,放入球磨罐中,干混均勻;取出混合粉體以8%的聚乙烯醇為粘結(jié)劑,70MPa機(jī)壓成型,80℃溫度下干燥;然后放入氣氛燒結(jié)爐中,在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行氮化燒結(jié),燒結(jié)溫度為1550℃,保持溫度8小時(shí);降溫至700℃關(guān)閉氮?dú)?,繼續(xù)降溫至室溫取出,得到MgAlON塊料,經(jīng)破碎和細(xì)磨后可制得MgAlON顆粒料和粉料。
      本實(shí)施例中產(chǎn)物的XRD分析圖如圖1所示。經(jīng)XRD分析,產(chǎn)物主晶相為MgAlON。經(jīng)檢測(cè),氮含量6.01wt%,晶體粒度小于2μm。
      實(shí)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的重量比配料后,放入球磨罐中,干混均勻;取出混合粉體以8%的聚乙烯醇為粘結(jié)劑,70MPa機(jī)壓成型,80℃溫度下干燥;然后放入氣氛燒結(jié)爐中,在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行氮化燒結(jié),燒結(jié)溫度為1550℃,保持溫度8小時(shí);降溫至700℃關(guān)閉氮?dú)?,繼續(xù)降溫至室溫取出,得到MgAlON塊料,破碎細(xì)磨后,可制得MgAlON顆粒料和粉料。
      本實(shí)施例中產(chǎn)物的XRD分析圖如圖2所示。經(jīng)XRD分析,產(chǎn)物主晶相為MgAlON。經(jīng)檢測(cè),氮含量9.00wt%,晶體粒度小于2μm。
      權(quán)利要求
      1.礬土基MgAlON的制備方法,其特征在于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(jié)合劑,繼續(xù)混合至均勻,機(jī)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(dòng)氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行氮化燒結(jié),氮化燒結(jié)溫度為1400-1550℃,保溫時(shí)間4-12小時(shí);c.將爐溫降至700℃-室溫時(shí),停止通氮?dú)?,即制得礬土基MgAlON。
      2.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法,其特征在于高鋁礬土為生料或輕燒料,其灼燒后的主要成分的質(zhì)量百分比為Al2O380-95%、SiO25-10%、TiO22-5%。
      3.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法,其特征在于金屬鋁中Al的含量為95-99.9%。
      4.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法,其特征在于氧化鎂中MgO的含量為95-99%。
      5.依照權(quán)利要求1和3所述的礬土基MgAlON的制備方法,其特征在于氧化鎂可以用MgAl2O4替代,其中MgO+Al2O3的含量為95%-99%。
      6.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法,其特征在于所說(shuō)的結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液、聚乙烯醇、糊精、木質(zhì)素、羧甲基纖維素、樹(shù)脂中的一種或幾種。
      全文摘要
      本發(fā)明提供了一種礬土基MgAlON的制備方法。其特征在于利用我國(guó)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(jīng)混合、成型后在較低溫度下快速鋁熱氮化還原合成氮含量高、晶粒細(xì)小的礬土基MgAlON。用本發(fā)明制備的材料氮含量較高、晶粒細(xì)小、機(jī)械性能及耐火性能高、抗渣性能優(yōu)越,制造成本低,可廣泛用于生產(chǎn)冶金、有色化工、陶瓷等行業(yè)使用的優(yōu)質(zhì)耐火材料及陶瓷制品。
      文檔編號(hào)C04B35/03GK1482095SQ03126148
      公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
      發(fā)明者鐘香崇, 楊道媛, 葉方保, 郭新榮 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)
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