CN104072170A

CN104072170A - 一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料及其制备方法

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Publication number: CN104072170A
Application number: CN201410332363.5A
Authority: CN
Inventors: 陈俊红; 宿金栋; 李斌; 李晓萍; 刘文娜; 杨树磊; 孙秀芹; 杜雨洁; 闫明伟; 祁圣堃
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明提供一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料及其制备方法，所述六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料是由含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料经配制共磨，成型，烧结而成的，其化学成分及质量百分数为：Al₂O₃86~94%，CaO3~11.5%，MgO0.5~5%。所述制备方法是将含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料按照设计的化学成分和质量百分数配比，共磨后再将所述原料经高压成型，并于1600~1750℃下保温4~10h烧结合成六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料。本发明合成的复相材料同时兼有六铝酸钙和镁铝尖晶石，且合成的复相材料中六铝酸钙含量高。

Description

一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。

背景技术

六铝酸钙是CaO-Al₂O₃系中Al₂O₃含量最高的铝酸钙相，其理论密度为3.79g/cm³，熔点高于1800℃。近些年来，耐火材料工作者在六铝酸钙（CaO·6Al₂O₃，CA₆）的进一步研究中发现，六铝酸钙具有许多非常特殊的性质，是其它材料所不具备的。由此，CaO-Al₂O₃-MgO系的材料的研究又被重新重视起来。

CaO-Al₂O₃-MgO系相图是耐火材料工作者广泛深入研究CaO-Al₂O₃-MgO系材料的理论依据。基于CaO-Al₂O₃-MgO系相图研究的耐火材料领域，有钢包浇注料，纯的刚玉-尖晶石体系的水泥材料及纯铝酸盐水泥（CA和CA₂）等。

对于钢包用的纯的刚玉-尖晶石的水泥体系，其基质体系的物相中就含有镁铝尖晶石和六铝酸钙两相，因此出现了如何合成镁铝尖晶石-六铝酸钙的复相材料，像专利CN201110206043“致密六铝酸钙-镁铝尖晶石复相耐火原料”、 CN201010522693 “一种MgAl₂O₄-CaAl₁₂O₁₉复相耐高温材料及其制备方法”等。

在目前合成六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料的专利中，所合成的复相材料基本上都是以白云石和工业氧化铝等为原料，且配料点的范围位于附图1中的红色线段上。

白云石是天然原料，成本较低；其矿物组成为碳酸钙与碳酸镁（CaCO₃与MgCO₃的比例大致为1：1），分子式为CaCO₃·MgCO₃，理论组成为CaO 30.41%、MgO 21.87%、CO₂ 47.72%，CaO/MgO比为1.39。

在以白云石和氧化铝为原料所合成复相材料的物相中，复相材料的物相是随配料组成点的变化而变化的。在附图1中的三角形A的左面，即氧化铝含量较少的组成范围中，合成复相材料的物相中不会出现六铝酸钙，相反会出现一铝酸钙以及一些液相（高温时）。如果只考虑附图1中的红色线段处于三角形A、B、C中，按理论分析，则合成的物相将是：

（1）配料组成处于三角形A中，合成后的物相为MA（MgO﹒Al₂O₃）、CA₆（CaO﹒6Al₂O₃）、CA₂（CaO﹒2Al₂O₃）；

（2）配料组成处于三角形B中，合成后的物相为MA和CA₆；

（3）配料组成处于三角形C中，合成后的物相为MA、CA₆和Al₂O₃；

对于组成点位于红色线段的右端，则合成复相材料的物相中，大部分应为刚玉，六铝酸钙和镁铝尖晶石的含量都不会很高。同样，组成点位于三角形A中的左端，其合成复相材料的物相中，六铝酸钙的物相含量也不高。

发明内容

六铝酸钙是CaO-Al₂O₃二元系中Al₂O₃含量最高的铝酸钙相，在近些年的研究中发现，六铝酸钙具有许多非常特殊的性质。

目前，六铝酸钙的合成基本上以白云石和工业氧化铝等为原料，配料点都是非常接近CA₆的理论比例；然而，严格让配料点处于靠近CA₆理论比例的难度非常大，因为合成六铝酸钙所需原料中的杂质会使配料点偏离CA₆理论比例。而本发明的目的在于，合成出基于六铝酸钙为主，兼有镁铝尖晶石，且复合材料体积密度为2.8~3.3g/cm³的六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料。

基于上述背景技术分析，本发明提供一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，是由含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料经配制共磨，成型，烧结而成的，其化学成分及质量百分数为：Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~11.5%，MgO 0.5~5%。

进一步的，所述复相材料的物相组成为六铝酸钙和镁铝尖晶石，其中六铝酸钙占为主要物相，且该复合材料体积密度为2.8~3.3g/cm³ 。

进一步的，所述含Al₂O₃的原料为氢氧化铝、工业氧化铝及活性氧化铝微粉的其中一种或几种；含CaO的原料可以为氢氧化钙或碳酸钙；所述白云石类原料为白云石或富镁白云石。

本发明合成该复相材料的理论和原理如下：

在三角形B中，靠近CA₆区域的范围很小，严格让配料点处于三角形B靠近CA₆处的难度非常大，因为白云石或氧化铝等原料中的杂质含量波动都会让配料点移除该三角形。另外，配料点落在三角形A或三角形C靠近CA₆的区域时，其最终合成复相材料的物相也主要是CA₆，因此，为合成出六铝酸钙含量较高，镁铝尖晶石少量，且兼有较高密度的复相材料，可以将配料点选在如附图2中的标色区域，该区域包括三角形B及三角形A和三角形C的靠近CA₆的部分区域；即在CaO-Al₂O₃-MgO系三元相图中MA+CA₂+CA₆区域，MA+CA₆区域及MA+CA₆+Al₂O₃区域中靠近CA₆理论组成的区域，其化学成分区域为（质量百分数）：Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~11.5%，MgO 0.5~5%。这样，合成的复相材料同时兼有六铝酸钙和镁铝尖晶石，且合成的复相材料中六铝酸钙含量高。

所述六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料的制备方法包括：

将含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料按照如下化学成分和质量百分数，Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~8%，MgO 0.3~5%配入，共磨2~10h、再经高压（10MPa~200MPa）成型，于1600~1750℃下保温4~10h烧结合成六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，其中含Al₂O₃的原料为氢氧化铝、工业氧化铝、活性氧化铝微粉等；含CaO的原料可以为氢氧化钙、碳酸钙等；白云石类原料为白云石、富镁白云石等。

附图说明

图1：MgO、Al₂O₃、CaO三元相图局部放大图；

图2：发明所述组分配料在三元相图中的位置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

图2为本发明所述组分配料在三元相图中的位置示意图，结合附图对本发明的思想和理论详述如下：本专利提出合成该复相材料的思想和理论如下：

在三角形B中，靠近CA₆区域的范围很小，严格让配料点处于三角形B靠近CA₆处的难度非常大，因为白云石或氧化铝等原料中的杂质含量波动都会让配料点移除该三角形。另外，配料点落在三角形A或三角形C靠近CA₆的区域时，其最终合成复相材料的物相也主要是CA₆，因此，为合成出六铝酸钙含量较高，镁铝尖晶石少量，且兼有较高密度的复相材料，可以将配料点选在如附图2中的标色区域，该区域包括三角形B及三角形A和三角形C的靠近CA₆的部分区域；即在CaO-Al₂O₃-MgO系三元相图中MA+CA₂+CA₆区域，MA+CA₆区域及MA+CA₆+Al₂O₃区域中靠近CA₆理论组成的区域，其化学成分区域为（质量百分数）：Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~11.5%，MgO 0.5~5%。

这样，合成的复相材料同时兼有六铝酸钙和镁铝尖晶石，且合成的复相材料中六铝酸钙含量高。

所述六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料的制备方法包括：

将含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料按照如下化学成分和质量百分数，Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~8%，MgO 0.3~5%配入，共磨2~10h、再经高压（10MPa~200MPa）成型，于1600~1750℃下保温4~10h烧结合成，其中含Al₂O₃的原料为氢氧化铝、工业氧化铝、活性氧化铝微粉等；含CaO的原料可以为氢氧化钙、碳酸钙等；白云石类原料为白云石、富镁白云石等。

实施例1

以氢氧化铝、碳酸钙和白云石为原料，按照合成后的化学成分Al₂O₃90%，CaO 6%，MgO 4% 进行配料，酒精湿磨5h、经10MPa成型后经1650℃高温烧结而成。合成出的复相材料的物相是以六铝酸钙为主，同时含有部分镁铝尖晶石，且体积密度为2.8~3.3g/cm³。

实施例2

以工业氧化铝、氢氧化钙和富镁白云石为原料，按照合成后的化学成分Al₂O₃90%，CaO 6%，MgO 4% 进行配料，酒精湿磨5h、经10MPa成型后经1650℃高温烧结而成。合成出的复相材料的物相是以六铝酸钙为主，同时含有部分镁铝尖晶石，且体积密度为2.8~3.3g/cm³。

实施例3

以活性氧化铝、碳酸钙和白云石为原料，按照合成后的化学成分Al₂O₃90%，CaO 6%，MgO 4% 进行配料，酒精湿磨5h、经10MPa成型后经1650℃高温烧结而成。合成出的复相材料的物相是以六铝酸钙为主，同时含有部分镁铝尖晶石，且体积密度为2.8~3.3g/cm³。

实施例4

以工业氧化铝、氢氧化钙和白云石为原料，按照合成后的化学成分Al₂O₃90%，CaO 6%，MgO 4% 进行配料，酒精湿磨5h、经10MPa成型后经1650℃高温烧结而成。合成出的复相材料的物相是以六铝酸钙为主，同时含有部分镁铝尖晶石，且体积密度为2.8~3.3g/cm³。

实施例5

以工业氧化铝、碳酸钙和白云石为原料，按照合成后的化学成分Al₂O₃90%，CaO 6%，MgO 4% 进行配料，酒精湿磨5h、经10MPa成型后经1650℃高温烧结而成。合成出的复相材料的物相是以六铝酸钙为主，同时含有部分镁铝尖晶石，且体积密度为2.8~3.3g/cm³。

Claims

1.一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，其特征在于：所述六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料是由含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料经配制共磨，成型，烧结而成的，其化学成分及质量百分数为：Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~11.5%，MgO 0.5~5%。

2.根据权利1所述的六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，其特征在于：所述复相材料的物相组成为六铝酸钙和镁铝尖晶石，其中六铝酸钙占为主要物相，且该复合材料体积密度为2.8~3.3g/cm³ 。

3.根据权利1或2所述的六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，其特征在于含Al₂O₃的原料为氢氧化铝、工业氧化铝及活性氧化铝微粉的其中一种或几种。

4.根据权利1或2所述的六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，其特征在于含CaO的原料可以为氢氧化钙或碳酸钙。

5.根据权利1或2所述的六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料，结构致密，其特征在于白云石类原料为白云石或富镁白云石。

6.一种六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料的制备方法，其特征在于：将含Al₂O₃的原料、含CaO的原料以及白云石类原料按照如下化学成分和质量百分数配比，Al₂O₃ 86~94%，CaO 3~8%，MgO 0.3~5%，共磨2~10h、再将所述原料经10MPa~200MPa的高压成型，后于1600~1750℃下保温4~10h烧结合成六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料。

7. 根据权利要求6所述的六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料的制备方法，其特征在于：所述含Al₂O₃的原料为氢氧化铝、工业氧化铝、活性氧化铝微粉中的一种或几种；含CaO的原料为氢氧化钙或碳酸钙；白云石类原料为白云石或富镁白云石。