CN101462758A

CN101462758A - 一种制备抗水化氧化钙材料的方法

Info

Publication number: CN101462758A
Application number: CNA2009100100935A
Authority: CN
Inventors: 戴文斌; 王新丽; 赵鹏; 于景坤
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-06-24

Abstract

本发明涉及材料制备技术，具体为一种制备抗水化氧化钙材料的方法。处理方法为加入0－30mol％含镍、钇或镱等元素的添加剂，采用合适的烧结方式便可获得具有优良抗水化性能和高密度等优点的氧化钙材料，该材料的微观结构有如下特点：在氧化钙颗粒的表面包覆一层具有优异抗水化性能的第二相，另外材料致密度高，耐热震性良好。本技术的特点在于：通过加入添加剂，采用合适的烧结制度便能够获得在氧化钙颗粒表面存在抗水化包覆层的氧化钙材料，该材料具有密度高、抗水化性能良好等优点。另外，该发明的烧结温度较低，既节能环保，又可提高生产效率。工艺简单，有利于大规模生产。

Description

一种制备抗水化氧化钙材料的方法

技术领域：

本发明涉及材料制备技术，具体为一种抗水化氧化钙材料的制备方法。

背景技术：

石灰石的资源相当丰富，是最廉价的耐火原料。另外氧化钙是最稳定的氧化物之一，与各种熔融金属几乎不发生反应。与其他材料相比，氧化钙在金属及合金的熔炼温度下被活性合金元素还原的量要少得多。氧化钙材料还具有耐火度高，分解压和蒸气压低，抗热震性好和抗渣性好等优点，是制备坩埚、过滤器和水口的最佳材料之一。所以几十年来，人们一直试图将氧化钙耐火材料大规模地应用于冶金和陶瓷工业，但始终没有获得突破性进展。

研究表明，由于在氧化钙颗粒表面形成具有抗水化能力的保护层，添加氧化铝可以改善氧化钙材料抗水化性能。但是氧化钙和氧化铝能够生成低熔点相，降低材料的使用性能，目前在实际生产中使用较少。另外，氧化钙材料的密度越大，抗水化效果越好，但是纯氧化钙材料在烧结过程中由于中、后期晶粒的异常长大，造成烧结团块的封闭气孔率高、相对密度低，在低于1700℃锻烧时难以制得具有良好抗水化性能的氧化钙材料。所以研究和开发较低温度制备且具有优良抗水性能的氧化钙材料具有非常重要的意义。

发明内容：

本发明在含钙原料中加入添加剂，采用合适的烧结制度制备出第二相包覆氧化钙颗粒的氧化钙材料，该材料具有的具有密度高、抗水化性能良好等优点。根据氧化钙来源的不同，实施方法可以分为两种：

(1)直接烧结法

以不溶于水的含钙物质为原料，将添加剂和含钙材料混匀成型后，采用合适的烧结制度即可制备密度高、抗水化性能良好的氧化钙材料：

A：原料选择：不含结晶水的含钙物质，如氧化钙、碳酸钙、镁钙砂等。其粒径0-1mm，CaO％为60-99.9wt％；

B：添加剂选择：含镍、钇或镱等元素的物质，如氧化镍、氧化钇、硝酸钇、氧化镱等；纯度大于60％

C：添加剂加入量：含镍、钇、镱等元素物质的含有量为0-40mol％；

D：烧结制度：既可采用直接加热和冷却的方法，也可采用低温预热后高温烧结，然后低温继续加热的烧结制度。其中，最高加热的温度为1300℃-1700℃；

E：抗水化机制：在氧化钙颗粒的表面包覆具有优良抗水化能力且熔点高、耐侵蚀的第二相，在不降低使用性能或降低较少的前提下显著地提高材料的抗水化能力。

(2)两步法

将溶于水的含钙物质和含有烧结助剂成分的物质溶解于水或者醇-水溶液，利用共沉淀等方法获得纳米级的粉末原料。在一定条件下将纳米粉末成型后1100℃-1700℃加热即可获得密度高、抗水化性能良好的氧化钙：

A：含钙物质：能够溶于水的硝酸钙、氯化钙等物质；

B：烧结助剂：含镍、钇、镱等元素的物质，如硝酸镍、硝酸钇、硝酸镱等；

C：烧结助剂添加量：含镍、钇、镱等元素物质的含有量为0-30mol％；

D：纳米粉末获得方法：可以采用共沉淀法、水热法，溶胶-凝胶法等方法；

E：烧结制度：既可采用普通烧结方法，也可采用低温预热后高温烧结，然后低温继续加热的烧结制度。其中，高温加热的温度为1100℃-1700℃；

F：抗水化机制：在氧化钙颗粒的表面包覆具有优良抗水化能力且熔点高、耐侵蚀的第二相，在不降低使用性能或降低较少的前提下显著地提高材料的抗水化能力。

本发明具有如下优点：

1.通过加入添加剂，采用合适的烧结制度便能够获得在氧化钙颗粒表面存在抗水化包覆层的氧化钙材料，该材料具有密度高、抗水化性能良好等优点。

2.能够在较低温度下制备，既节能环保，又提高了生产效率。

3.工艺简单，设备投资少，有利于工业化大规模生产。

附图说明：

图1为添加5mol％氧化钇1600℃加热5h后试样的显微组织。

具体实施方式：

下面通过实施例详述本发明。

实施例1

以平均粒径为1μm的碳酸钙粉末为原料，添加5mol％平均粒径为1μm的氧化钇粉末，利用玛瑙碾钵将原料充分混匀后，用金属模具在100MPa的压力下成型。然后将试样置于MoSi₂电阻炉中1600℃加热5h，即可获得微观组织如图1所示的第二相包覆氧化钙颗粒的相对密度为97％的氧化钙材料。

实施例2

在硝酸钙中添加1mol％硝酸钇，然后将混合试剂加入醇-水比为5:1的醇水溶液中并完全溶解。在强力搅拌的条件下，缓慢加热至75℃后保持一段时间，然后缓慢的滴加氨水直至溶液中的pH值大于9。利用去离子水和酒精清洗后，将获得的物质完全干燥后400℃煅烧即可获得纳米级的粉末。用金属模具将粉末在100MPa的压力下成型。然后将试样置于MoSi₂电阻炉中1500℃加热2h，即可获得具有第二相包覆结构的相对密度为97％的氧化钙材料。

Claims

1.一种制备致密度高、抗水化性能良好的氧化钙材料的方法，包括原料的选择、添加剂选择及加入量、烧结制度及抗水化机制等。其特征在于：

A：原料选择：各种含钙的物质，如氧化钙、碳酸钙、硝酸钙等。物质的纯度高于60％。

B：添加剂选择：含镍、钇或镱等元素的物质，如氧化镍、氧化钇、硝酸钇、氧化镱等。物质的纯度高于60％。

C：添加剂加入量：含镍、钇或镱等元素物质的含有量为0-40mol％；

D：制备方式：原料为溶解于水的含钙物质时采用两步法，原料为不溶于水的含钙物质时采用直接烧结法；

E：烧结制度：既可采用直接加热和冷却的方法，也可采用低温预热后高温烧结，然后低温继续加热的烧结制度，其中，最高加热的温度1300℃-1700℃；

2.按照权利要求1所述的抗水化氧化钙材料的方法，其特征在于：加入3-8mol％烧结促进剂，于1500℃-1700℃烧结后便可得到第二相包覆的具有优良抗水化能力的氧化钙材料。