CN103755332B

CN103755332B - 利用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷的方法

Info

Publication number: CN103755332B
Application number: CN201310743382.2A
Authority: CN
Inventors: 史志铭; 王文彬; 范文
Original assignee: Inner Mongolia University of Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Technology
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103755332A

Abstract

本发明公开了一种使用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷的方法，其以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48-53%、30-37%、10-15%，氧化铈的添加量最高为6%，将混合粉料进行造粒并在高压下成型；成型后的毛坯在高温下烧结3-6小时，获得堇青石质陶瓷；本发明合成的陶瓷致密度可为80-95%，弯曲强度可为25-45MPa，热膨胀系数可为（1.8-3.2）×10^-6/℃。

Description

利用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷的方法

技术领域

本发明属于陶瓷制造领域，尤其涉及一种利用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷的方法。

背景技术

堇青石陶瓷（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）具有较低的热膨胀系数，被广泛应用于冶金、机械、化工、电力行业高温环境使用的耐火材料和保温材料。为了保持该陶瓷的低热膨胀系数，常规的加工方法是使用高纯度的石英、氧化铝和氧化镁作为原料，高温合成后陶瓷具有单一堇青石相。但是，堇青石陶瓷的烧结温度范围非常窄，而且由石英、氧化铝和氧化镁转化成堇青石相相对困难，又需要添加适量烧结助剂促进相变过程，降低烧结温度和保温时间，提高陶瓷的致密度和强度，但一定程度上增大了陶瓷的热膨胀系数。目前，现有技术中也有一些使用廉价材料制备堇青石陶瓷的技术，例如，中国专利200910082675用煤矸石与废弃耐火材料合成多孔堇青石陶瓷材料的方法，该专利是以煤矸石与废弃耐火材料（镁碳砖、滑板砖）以及木屑造孔剂作为原料，按照质量比煤矸石45～75％、用后镁碳砖8～13％、用后滑板砖8～13％、木屑5～40％进行混合，经球磨、烘干、成型后在空气气氛中，1320℃～1420℃温度下保温2－6ｈ，得到合成烧结坯。本发明合成的堇青石多孔陶瓷材料显气孔率达到36％以上，体积密度达到1.30ｇ／ｃｍ³，抗折强度达到9ＭＰａ，不仅解决了固体废弃物大量堆积对环境的污染，而且合成的堇青石多孔陶瓷材料可以作为保温材料应用于工业生产，节约了生产成本。

发明内容

然而，与纯石英相比，沙漠风积沙是主要成分为SiO₂，其它化合物组分包括K₂O、Al₂O₃、MgO、CaO、Fe₂O₃、TiO₂等。利用风积沙中的这些低熔点化合物作为烧结助剂可以促进相变以降低烧结温度和保温时间，提高陶瓷的致密度和强度。此外，添加少量高熔点稀土氧化物可在烧结过程中形成少量粘度较高的液相，促进坯体的致密化。这些液相物质在陶瓷中以孤立分布的玻璃相存在，铈离子由于具有较大的离子半径，不能通过置换的方式固溶于堇青石晶格，只能存在于玻璃相，对陶瓷的热膨胀系数影响不大，但是存在于玻璃相中的铈离子能够提高玻璃相的力学性能，所以能够显著提高陶瓷的强度，从而提高陶瓷的使用寿命。利用该陶瓷材料可以生产用于中低温场合下使用的陶瓷砖、陶瓷板以及陶瓷管等耐火制品，可以部分依靠取之不尽的沙漠风积沙资源为原料，减轻沙漠带来的生态环境问题并且节约矿物资源。

本发明的目的就是使用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷，本发明提供如下技术方案：一种使用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷的方法，以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48-53wt%、30-37wt%、10-15wt%，氧化铈的添加量最高为6wt%，将混合粉料进行造粒并在高压下成型；成型后的毛坯在高温下烧结3-6小时，获得堇青石质陶瓷。

所述的氧化铈的添加量为0-6wt%；

所述高压是20-50MPa的压力；

所述高温是1250-1450℃。

本发明制备的陶瓷具有以下特点：

合成的陶瓷中堇青石相的含量为80-95%，致密度为80-95%，弯曲强度为25-45MPa，热膨胀系数为（1.8-3.2）×10^-6/℃。

具体实施方式

本发明以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48-53%、30-37%、10-15%，氧化铈的添加量最高为6%。将混合粉料进行造粒并在20-50MPa的压力下成型。成型后的毛坯在1250-1450℃下烧结3-6小时，获得堇青石质陶瓷。

本发明合成的陶瓷致密度为80-95%，弯曲强度为25-45MPa，热膨胀系数为（1.8-3.2）×10^-6/℃。

具体实施例：

下面结合具体实施例对本发明进一步阐述：

实施例1：以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48%、32%和15%，将混合粉料进行造粒并在20MPa的压力下成型。成型后的毛坯在1400℃下烧结6小时。合成的陶瓷中堇青石相的含量为95%，致密度为80%，弯曲强度为30MPa，热膨胀系数为1.8×10^-6/℃。

实施例2：以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为50%、30%和10%，氧化铈的添加量为6%。将混合粉料进行造粒并在20MPa的压力下成型。成型后的毛坯在1250℃下烧结5小时。合成的陶瓷中堇青石相的含量为85%，致密度为80%，弯曲强度为25MPa，热膨胀系数为3.2×10^-6/℃。

实施例3：以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48%、32%和13%，氧化铈的添加量为4%。将混合粉料进行造粒并在50MPa的压力下成型。成型后的毛坯在1420℃下烧结4小时，合成的陶瓷中堇青石相的含量为90%，致密度为92%，弯曲强度为40MPa，热膨胀系数为2.2×10^-6/℃。

实施例4：以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48%、37%、13%，氧化铈的添加量为2%。将混合粉料进行造粒并在40MPa的压力下成型。成型后的毛坯在1450℃下烧结3小时，合成的陶瓷中堇青石相的含量为85%，致密度为95%，弯曲强度为45MPa，热膨胀系数为3.0×10^-6/℃。

实施例5：以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为57%、30%、10%，氧化铈的添加量为3%。将混合粉料进行造粒并在30MPa的压力下成型。成型后的毛坯在1350℃下烧结4小时，合成的陶瓷中堇青石相的含量为98%，致密度为88%，弯曲强度为35MPa，热膨胀系数为2.8×10^-6/℃。

Claims

1.一种使用沙漠风积沙制备堇青石质陶瓷的方法，其特征在于，以沙漠风积沙、氧化铝、氧化镁、氧化铈为原料，通过湿法球磨制粉、混合粉体中SiO₂、Al₂O₃和MgO的含量分别为48％、32％和13％，氧化铈的添加量为4％，将混合粉料进行造粒并在50MPa的压力下成型，成型后的毛坯在1420℃下烧结4小时，合成的陶瓷中堇青石相的含量为90％，致密度为92％，弯曲强度为40MPa，热膨胀系数为2.2×10^-6/℃。