專利名稱：一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫?zé)o機材料陶瓷領(lǐng)域，提出通過反應(yīng)合成一種多孔或稱泡沫鎂鋁尖晶石陶瓷的制備方法?？梢杂糜谝苯?，機械和電子等多個工程應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂鋁尖晶石是一種具有熱膨脹系數(shù)低且耐高溫，抗沖擊，高強度，良好的電絕緣性能和耐急冷急熱能力的陶瓷。多孔結(jié)構(gòu)鎂鋁尖晶石是一種重要的冶金工業(yè)用保溫耐火和過濾等多用途的輕質(zhì)陶瓷材料。關(guān)于鎂鋁尖晶石的制造方法，大都涉及的是致密結(jié)構(gòu)鎂鋁尖晶石制備方法，僅僅很少部分涉及到輕質(zhì)結(jié)構(gòu)鎂鋁尖晶石的制造方法。中國專利說明書CN1382665、發(fā)明名稱為合成鎂鋁尖晶石的方法，是以高鋁礬土和輕燒氧化鎂為原料，按一定比例配料、混合細磨外加結(jié)合劑、混合、半干成型，坯體干燥后，高溫?zé)Y(jié)，從而制得鎂鋁尖晶石。中國專利說明書CN101265082、發(fā)明名稱為一種透明鎂鋁尖晶石陶瓷的制備方 法，是在反應(yīng)器中加入高純鎂、高純鋁、異丙醇、微量HgCl2，控制高純鎂和高純鋁的摩爾比為η = I 5 ;緩慢加熱，回流；反應(yīng)完畢后將溶液靜置澄清，將清液進行蒸餾，得到異丙醇鎂鋁；將異丙醇鎂鋁進行水解，水解產(chǎn)物干燥，干燥后產(chǎn)物煅燒，制得尖晶石高純粉末；將磨細LiF作為助燒劑加入到尖晶石粉末中，在高溫高壓下成型，燒結(jié)體經(jīng)過退火處理后進行粗磨、細磨、拋光，即得到透明多晶鎂鋁尖晶石。實際上其方法本質(zhì)和上述四個專利是相似的，僅僅是原料不同，反應(yīng)過程不同，但工藝方法都是通過制得尖晶石粉后再經(jīng)高溫高壓成型和燒結(jié)。上述各種方法，均為生產(chǎn)致密的鎂鋁尖晶石。對于輕質(zhì)多孔的鎂鋁尖晶石的制備一般采用液體掛漿結(jié)合高溫?zé)Y(jié)制得，存在的主要問題是(I)固態(tài)實體部分的多孔結(jié)構(gòu)的棱或稱為邊粗細不均；(2)孔隙率分布均勻性差；(3)孔徑的大小和孔隙率的高低難以有效控制，完全取決于泡沫先驅(qū)體結(jié)構(gòu)本身，當(dāng)大孔徑時，泡沫掛漿不勻稱，使得孔的棱或邊易破碎；當(dāng)孔徑很小時，因泡沫掛漿濃度變化，使得部分小孔易堵塞而影響開孔程度和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上不足，本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，通過微米級鋁粉和微米級或納米級氧化鎂陶瓷粉及熱固性或可改性的熱塑性高分子粉末等混合，利用加入的高分子含量在后續(xù)氧化燃燒去除過程來調(diào)節(jié)所需的孔隙率，并利用鋁粉在空氣中的氧化和鋁粉在空氣中與氧化鎂顆粒反應(yīng)逐步形成尖晶石及其長大的過程來滿足粉末混合體系在高分子燃燒去除和相應(yīng)的孔洞形成過程中具有一定低、中溫強度，然后進行持續(xù)高溫反應(yīng)和燒結(jié)，制備成所需孔隙率的多孔鎂鋁尖晶石陶瓷的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，以原子百分比或摩爾比和體積百分比計，包括以下步驟1)粉末混合過篩；2)裝入模具；3)預(yù)熱成型；4)保溫；5)放入氧化爐；6)氧化處理；7)高溫?zé)Y(jié)；其特征在于
I)、粉末混合過篩先將氧化鎂粉末與鋁粉1:2原子百分比比例混合后再與熱固性或可改性的熱塑性高分子粉末以一定體積百分比的比例混合，其中高分子的比例按照所需孔隙率50-80%的體積百分比加入；在混粉過程中加入20-30粒直徑為10-12毫米的氧化鋁陶瓷球或鋼球以便混合均勻，在V形結(jié)構(gòu)容器中混粉時間為2-4小時，轉(zhuǎn)速為40-80轉(zhuǎn)/分、用小于10-12毫米的粗網(wǎng)格過篩，以便取出陶瓷球或鋼球，將混合后制得的粉末置入具有蓋子的塑料容器內(nèi)，備用；
所述的熱固性或可改性的熱塑性高分子粉末是聚胺脂、酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂聚乙烯/聚丙烯。所述的鋁粉、氧化鎂和熱固性或改性的熱塑性高分子材料粉末的粒度在I- 100微米之間，其中氧化鎂的粒度或選用納米級，為10納米-100納米之間。2)、裝入模具取一定量上述混合好的粉末裝入具有耐熱不粘涂層的光滑模具內(nèi)并蓋上壓板或蓋子，壓板或蓋子和粉末接觸面同樣需要有不粘涂層；
3)、預(yù)熱低溫成型將上述模具放入已經(jīng)預(yù)熱的空氣循環(huán)爐或平板爐內(nèi)，進行低溫成型 處理；
所述的空氣循環(huán)爐內(nèi)預(yù)熱成型時，其置入已預(yù)熱成型溫度為180-250°C，成型時間為8-12分鐘。所述的平板爐的低溫成型時，其混合的粉末沉積在涂有不粘涂層的鋁板模具和蓋板后，置入已預(yù)熱成型溫度為180-250 °C，成型時間為3-5分鐘。4)、保溫將經(jīng)預(yù)熱成型后的模具轉(zhuǎn)入另一已預(yù)熱至130 °C的爐子內(nèi)保溫，保溫時間> 2小時，待混合的高分子粉末固化，模具降溫后，取出固化的材料；
5)、放入氧化爐將上述取出的固化材料，放置在較薄的輕質(zhì)氧化鋁或其他高溫陶瓷板或高溫蜂窩陶瓷板上，用小陶瓷塊支撐并放上多孔高溫陶瓷蓋板，放入空氣循環(huán)的氧化爐內(nèi)；
所述的蜂窩陶瓷板的網(wǎng)格孔徑<3毫米。6)、氧化處理將氧化爐從室溫加熱至600_650°C，加熱時間為3小時，保溫1_2小時后，待冷卻后或直接轉(zhuǎn)入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)；
7)、高溫?zé)Y(jié)將氧化的材料轉(zhuǎn)入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)再加熱到1650-1800 °C，加熱速度為2-3小時，保溫1-2小時，然后隨爐冷卻至100°C以下，從爐子中取出，即為制得的多孔鎂鋁尖晶石陶瓷；按照所需尺寸規(guī)格進行切割。本發(fā)明有效利用低溫下鋁粉的氧化和鋁粉與氧化鎂粉在空氣中氧化合成反應(yīng)來形成尖晶石，利用高分子氧化燃燒去除來實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)由于鋁粉氧化及其和氧化鎂的合成反應(yīng)形成尖晶石具有一定的強度而不至于高分子去除后形成多孔結(jié)構(gòu)的坍塌。隨后續(xù)溫度提高，鋁粉經(jīng)完全氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋁、鋁粉和氧化鋁與氧化鎂、或鋁粉與氧化鎂在空氣中的合成反應(yīng)形成多孔的鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)陶瓷。該制造工藝簡單，多孔結(jié)構(gòu)可以通過相應(yīng)的制造工藝進行有效控制，易于實現(xiàn)批量工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，包括以下步驟
I、粉末混合過篩將氧化鎂粉末與鋁粉(原子百分比為1:2)以及和熱固性或可改性的熱塑性高分子粉末如聚胺脂粉末以所需的成分比例配比(其中高分子的比例將按照所需孔隙率如50-80%的體積百分比加入)，在混粉過程中加入20-30粒直徑為10-12毫米的氧化鋁陶瓷球或鋼球以便混合均勻，在V形結(jié)構(gòu)容器中混粉時間為2-4小時以上，轉(zhuǎn)速為40-80轉(zhuǎn)/分、用小于所用球的尺寸10-12毫米的粗網(wǎng)格過篩以便取出陶瓷球或鋼球，置入具有蓋子的塑料容器內(nèi)備用，其組成中上述各種粉末材料的粒度要求在100微米以內(nèi)，如鋁粉，氧化鎂粉，高分子粉的粒度需要在100微米以內(nèi)，其中鋁粉粒度最好小于50微米但大于I或數(shù)微米，以保證鋁粉保存的安全以及后續(xù)粉末混合和低溫發(fā)泡過程中不至于氧化燃燒，同時也保證在加熱過程中發(fā)生完全的氧化和合成反應(yīng)，而不至于殘留導(dǎo)致在后續(xù)高溫加熱過程中的熔化，氧化鎂粉末的粒度可以越小越好，可以是微米級，亞微米級甚至是納米級。高分子的粒度對最后材料的孔徑尺寸有決定作用，所以如果需要孔徑尺寸小，需要選擇高分子的粒度相對要小為原則。2、裝入模具取一定量的混粉裝入具有耐熱不粘涂層的光滑模具內(nèi)并蓋上壓板或蓋子，壓板或蓋子和混粉接觸面同樣需要有不粘涂層。3、預(yù)熱成型將上述模具放入已經(jīng)預(yù)熱的空氣循環(huán)爐或平板爐內(nèi)，進行低溫成型 處理。當(dāng)用空氣循環(huán)爐內(nèi)預(yù)熱成型時，其置入已預(yù)熱爐子的成型溫度為180-250°C，成型時間為8-12分鐘；當(dāng)用平板爐的低溫成型時，其置入已預(yù)熱爐子的成型溫度為180-250 V,成型時間為3-5分鐘。4、保溫將經(jīng)預(yù)熱成型后的模具轉(zhuǎn)入另一已預(yù)熱至130 °C的爐子內(nèi)保溫，保溫時間大于等于2小時，混合的高分子粉末固化，待模具降溫后，取出固化的材料。5、放入氧化爐將上述取出的固化材料，放置在較薄的輕質(zhì)氧化鋁或其他高溫陶瓷板或高溫蜂窩陶瓷板上，用小陶瓷塊支撐并放上多孔高溫陶瓷蓋板，放入空氣循環(huán)的氧化爐內(nèi)；高溫蜂窩陶瓷板的網(wǎng)格孔徑小于或等于3毫米。6、氧化處理將氧化爐從室溫加熱至600_650°C，加熱時間為3小時，保溫1_2小時后，待冷卻后或直接轉(zhuǎn)入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)；
7、高溫?zé)Y(jié)將氧化的材料轉(zhuǎn)入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)再加熱到1650-1800 °C，加熱速度為2-3小時，保溫1-2小時，然后隨爐冷卻至100°C以下，從爐子中取出，即為制得的多孔鎂鋁尖晶石陶瓷；按照所需尺寸規(guī)格進行切割加工滿足其多種應(yīng)用。本發(fā)明的特點(I)該方法主要利用高分子低溫的流變特性實現(xiàn)低溫成型；(2)孔隙的形成主要由后續(xù)高分子燃燒去除來產(chǎn)生所需的孔隙率；(3)孔徑的控制可以通過低溫成型的熱機械處理溫度的高低和加熱速度的快慢來有效控制；(4)直接利用微米級鋁粉的氧化和鋁粉與氧化鎂粉在空氣中的反應(yīng)合成來形成尖晶石，特別是在氧化燃燒過程高分子去除時的多孔結(jié)構(gòu)由于鋁粉的氧化和尖晶石的形成具有一定的低溫強度，該強度隨加熱溫度的不斷提高而提高。(5)形成的鎂鋁尖晶石在后續(xù)加熱過程中不斷形核且有一定的生長，但多孔結(jié)構(gòu)的尖晶石晶粒度大小增加有限，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)后其力學(xué)性能良好和孔隙率與孔徑可控，可以適合多種不同工程應(yīng)用的需要；(6)通過此方法制備的多孔結(jié)構(gòu)鎂鋁尖晶石具有成分純度高，耐高溫等優(yōu)良的物理和化學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，包括以下步驟1)粉末混合過篩；2)裝入模具；3)預(yù)熱成型；4)保溫；5)放入氧化爐；6)氧化處理；7)高溫?zé)Y(jié)；其特征在于 1)、粉末混合過篩先將氧化鎂粉末與鋁粉原子百分比1:2的比例混合后再與熱固性或可改性的熱塑性高分子粉末以所需孔隙率按體積百分比比例加入后混合，在混粉過程中加入20-30粒直徑為10-12毫米的氧化鋁陶瓷球或鋼球以便混合均勻，在V形結(jié)構(gòu)容器中混粉時間為2-4小時以上，轉(zhuǎn)速為40-80轉(zhuǎn)/分、用小于尺寸為10-12毫米的粗網(wǎng)格過篩，以便取出陶瓷球或鋼球，將混合后的粉末置入具有蓋子的塑料容器內(nèi)，備用； 2)、裝入模具取一定量上述混合好的粉末裝入具有耐熱不粘涂層的光滑模具內(nèi)并蓋上壓板或蓋子，壓板或蓋子和粉末接觸面同樣需要有不粘涂層； 3)、預(yù)熱低溫成型將上述模具放入已經(jīng)預(yù)熱的空氣循環(huán)爐或平板爐內(nèi)，進行低溫成型處理； 4)、保溫將經(jīng)預(yù)熱成型后的模具轉(zhuǎn)入另一已預(yù)熱至130°C的爐子內(nèi)保溫，保溫時間^ 2小時，待材料固化和模具降溫后，取出固化的材料； 5)、放入氧化爐將上述取出的固化材料，放置在較薄的輕質(zhì)氧化鋁或其他高溫陶瓷板或高溫蜂窩陶瓷板上，用小陶瓷塊支撐并放上多孔高溫陶瓷蓋板，放入由空氣循環(huán)的氧化爐內(nèi)； 6)、氧化處理將氧化爐從室溫加熱至600-650°C，加熱時間為3小時，保溫1_2小時后，待冷卻后或直接轉(zhuǎn)入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)； 7)、高溫?zé)Y(jié)將上述氧化處理后的材料轉(zhuǎn)入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)再加熱到1650-1800V’加熱速度為2-3小時，保溫1-2小時，然后隨爐冷卻至100°C以下，從爐子中取出，即為制得的多孔鎂鋁尖晶石陶瓷；按照所需尺寸規(guī)格進行切割。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的步驟I)粉末混合過篩中的熱固性或可改性的熱塑性高分子粉末是聚胺脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂聚乙烯/聚丙烯，其加入比例根據(jù)孔隙率要求為50-80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的步驟I)粉末混合過篩中的鋁粉、氧化鎂和熱固性或改性的熱塑性高分子材料粉末的粒度在I- 100微米之間,其中氧化鎂的粒度或是納米級,納米粒度范圍從數(shù)納米到100納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的步驟3)中的空氣循環(huán)爐內(nèi)低溫成型時，其置入已預(yù)熱爐子的成型溫度為180-250°C，成型時間為8-12分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的步驟3)中的平板爐的低溫成型時，其置入已預(yù)熱的爐子成型溫度為180-250 °C，成型時間為3-5分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的步驟5)中的蜂窩陶瓷板的網(wǎng)格孔徑< 3毫米。
全文摘要
一種反應(yīng)合成多孔鎂鋁尖晶石的制備方法，包括以下步驟1)粉末混合過篩；2)裝入模具；3)預(yù)熱成型；4)保溫；5)放入氧化爐；6)氧化處理；7)高溫?zé)Y(jié)。本發(fā)明，有效利用低溫下鋁粉的氧化和鋁粉與氧化鎂粉在空氣中氧化合成反應(yīng)來形成尖晶石，利用高分子氧化燃燒去除來實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)由于鋁粉氧化及其和氧化鎂的合成反應(yīng)形成尖晶石具有一定的強度而不至于多孔結(jié)構(gòu)的坍塌。隨后續(xù)溫度提高，鋁粉經(jīng)完全氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋁、鋁粉和氧化鋁與氧化鎂、或鋁粉與氧化鎂在空氣中的合成反應(yīng)形成多孔的鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)陶瓷。該制造工藝簡單，多孔結(jié)構(gòu)通過相應(yīng)的制造工藝進行有效控制，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/622GK102795884SQ201210333319
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者施忠良, 朱春芳, 施忠偉, 王虎 申請人:江蘇格業(yè)新材料科技有限公司