CN101353256A

CN101353256A - 利用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体的方法

Info

Publication number: CN101353256A
Application number: CNA2008100427730A
Authority: CN
Inventors: 陈海; 李家镜; 孙宝德; 王俊; 裴伟
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2009-01-28

Abstract

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域的利用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法。本发明以铝灰和粉煤灰为主要原料，碳黑为还原剂，采用铝热碳热复合还原氮化工艺制备了Sialon粉体，实现废铝灰和粉煤灰的循环再利用和环境保护。本发明工艺简便，适用性广泛，通过将废铝灰和粉煤灰这两种难以处理的废弃物，制备成Sialon陶瓷粉，既降低了生产Sialon粉的成本，又利用了容易造成环境污染的废弃物。

Description

利用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体的方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域的粉末的合成方法，具体是一种利用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法。

背景技术

铝灰是铝熔炼过程中产生的废弃物，据统计，每生产1000t铝，就要产生25t左右的铝灰。粉煤灰是燃煤电厂产生的主要固体废物，我国每年粉煤灰的产量大于1亿吨，全国总储量大于20亿吨，但是年消耗量只有25～30％。目前对这些废渣废灰的处理通常采用填埋和堆积方式，既造成了资源浪费，同时也造成环境的污染，因此，加强对工业固体废弃物的综合利用已势在必行。Sialon材料因其优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是极具发展潜力的高温结构陶瓷之一。采用纯净的化学原料合成Sialon陶瓷粉体成本高，这使其商业应用受到限制。因此，采用低成本的方法制备性能优异的Sialon陶瓷粉体具有广阔的应用前景。

经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN101066872的中国专利介绍了一种采用20～96wt％的铝灰、0.5～55wt％的铝矾土熟料细粉、0.5～60wt％的SiO₂细粉、0～10wt％的金属铝细粉和0～43wt％的单质硅细粉为原料，制备Sialon复合陶瓷材料的方法。该方法除铝灰外，需要采用较多的添加物，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，使其克服一种固体废弃物成分、不易合成性能优异的Sialon粉，由于铝灰的主要成分是Al₂O₃、SiO₂和金属Al，而粉煤灰的主要成分是SiO₂和Al₂O₃，采用铝灰和粉煤灰为主要原料，在选择原料配比的时候，比采用单一的废弃物为原料具有更大的灵活性。

本发明是通过以下技术方案实现的，以铝灰和粉煤灰为主要原料，碳黑为还原剂，采用铝热碳热复合还原氮化工艺制备了Sialon陶瓷粉体，实现废铝灰和粉煤灰的循环再利用和环境保护。通过改变原料组成，采用本工艺可以制备以Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)物相为Sialon粉末，也可以制备以Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)和SiAl₄O₂N₄(15R)物相为Sialon粉末。

本发明方法包括以下步骤：

第一步，将铝灰、粉煤灰和碳黑按重量百分比分别为：0～40％，45％～80％和10％～25％的范围内配比，三者之和为100％，混合均匀成型；

第二步，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加热到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再加热到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后加热到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再加热到1400℃～1500℃、保温2h～5h；

所述加热到1000℃～1200℃，其升温速度为2℃/min～5℃/min。

所述加热到1250℃～1350℃，其升温速度为2℃/min～5℃/min。

所述加热到1400℃～1500℃，其升温速度为2℃/min～5℃/min。

第三步，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到Sialon陶瓷粉体。

所述铝灰主要成份重量百分含量为：Al₂O₃含量20～50％，Al含量15～40％，SiO₂含量5～15％，MgO含量5～15％，TiO₂含量1～3％，Fe₂O₃含量2～5％，CaO含量2～6％。

所述粉煤灰主要成分重量百分含量为：SiO₂含量33.9～59.7％，Al₂O₃含量16.5～35.4％，Fe₂O₃含量1.5～19.7％。

所述碳黑中C重量百分含量大于98％。

本发明采用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体，工艺简便，适用性广泛。通过将废铝灰和粉煤灰这两种难以处理的废弃物，制备成Sialon陶瓷粉体，既降低了生产Sialon粉的成本，又利用了容易造成环境污染的废弃物。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

废铝灰主要成份：Al₂O₃含量37.38％，Al含量18.08％，SiO₂含量11.9％，MgO含量7.5％，TiO₂含量2.1％，Fe₂O₃含量4.1％，CaO3.8％。粉煤灰主要成分：SiO₂含量56.4％，Al₂O₃含量30.6％，Fe₂O₃含量6.4％。碳黑中主要成分：C含量98％。

按重量百分比废铝灰33％、粉煤灰50％和碳黑17％分别称取原料，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加热到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1400℃～1500℃、保温2h～5h，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到Sialon粉。

通过X射线衍射分析，主要物相是Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)和SiAl₄O₂N₄(15R)，还有少量AlN。

实施例2：

按重量百分比废铝灰36％、粉煤灰54％和碳黑10％分别称取原料，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加热到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1400℃～1500℃、保温2h～5h，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到Sialon粉。

通过X射线衍射分析，主要物相是Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)，还有部分AlN。

实施例3：

按重量百分比粉煤灰80％和碳黑20％分别称取原料，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加热到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加热到1400℃～1500℃、保温2h～5h，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到Sialon粉。

通过X射线衍射分析，主要物相是Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)，还有少量AlN。

Claims

1、一种利用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第三步，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到Sialon粉。

2、根据权利要求1的采用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，其特征是，所述加热到1000℃～1200℃，其升温速度为2℃/min～5℃/min。

3、根据权利要求1的采用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，其特征是，所述加热到1250℃～1350℃，其升温速度为2℃/min～5℃/min。

4、根据权利要求1的采用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，其特征是，所述加热到1400℃～1500℃，其升温速度为2℃/min～5℃/min。

5、根据权利要求1所述的采用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，其特征是，所述铝灰包含的成份重量百分含量为：Al₂O₃含量20～50％，Al含量15～40％，SiO₂含量5～15％，MgO含量5～15％，TiO₂含量1～3％，Fe₂O₃含量2～5％，CaO含量2～6％。

6、根据权利要求1所述的采用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，其特征是，所述粉煤灰主要成分重量百分含量为：SiO₂含量33.9～59.7％，Al₂O₃含量16.5～35.4％，Fe₂O₃含量1.5～19.7％。

7、根据权利要求1所述的采用铝灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉体的方法，其特征是，所述碳黑中C重量百分含量大于98％。