CN105088345A - 一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法，采用沙漠砂、氢氧化铝、铝矾土为主要原料，外加AlF₃和V₂O₅为添加剂，经配料、干磨混合粉碎、过筛、埋烧获得莫来石晶须。本发明大幅降低了莫来石晶须的制备成本以及推动了沙漠砂的资源化综合利用，因此本发明具有较大的经济和社会价值。

Description

一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法

技术领域

本发明属无机非金属材料（陶瓷）领域，具体涉及一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法。

背景技术

科学技术飞速发展，对材料性能的需求日趋进步，传统的简单相材料已很难满足社会的实际需求，而复合材料因为具有很多更优异的性能，可以应用在更广多的领域内，受到了许多国家的重视，激励了材料科学工作者对各种复合材料进行深入细致的探索。晶须作为复合材料中三大增强体之一是被人们所公认的，其制备和应用研究成为复合材料领域研究的热点。晶须的定义为一种单晶纤维材料，具有人工控制条件。晶须的直径十分小，原子分布非常有序，在内部晶体结构较为完整，容纳大晶体中常呈现的缺陷非常难，所以没有内部结构缺陷，或者只有很少缺陷，因此晶须的强度接近于晶体的理论强度值，使它显示出优异的物理、化学性能和极佳的机械性能，可以作为陶瓷、金属的增强材料。

莫来石(3Al₂O₃.2SiO₂)是Al₂O₃-SiO₂系中仅有稳定的化合物，具有耐高温，抗氧化，耐磨损，热膨胀系数小，抗热震性能好及高温蠕变小，较小的介电性能和较好的透光性等优异性能，广泛应用于耐火材料、高温和工程材料等领域。莫来石晶须不仅具备莫来石本身的优异性能，并且是长径比大的完整单晶体具有优良的力学性能。除此之外莫来石在氧化气氛，还原气氛和直到1700℃高温时均能稳定，抗强酸强碱腐蚀，所以莫来石晶须是一种优异的复合材料增强体，能够大大的提高金属基和陶瓷基复合材料的综合性能。因此，莫来石晶须材料对推动新型陶瓷基和耐火材料的研制与开发，加大先进陶瓷和高性能等材料的应用发展有重要意义。

目前，合成莫来石晶须的方法主要有：湿化学法，包括有溶胶-凝胶法、共沉淀法、颗粒涂层法、喷雾热解法、水解法、水热晶化法等；电熔法；烧结法和固相反应合成法等。在众多的合成方法中，湿化学法主要用于合成高纯的莫来石，而后面三种方法则是用于合成工业莫来石。在这些方法中，湿化学方法在合成莫来石晶须时虽然合成温度较低，但所采用的原料皆以纯度较高的化工原料为主；而烧结法和固相反应合成法在合成莫来石晶须时的合成温度较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法，其特征在于：采用沙漠砂、氢氧化铝、铝矾土为主要原料，外加AlF₃和V₂O₅为添加剂，经配料、干磨混合粉碎、过筛、埋烧获得莫来石晶须。

所述沙漠砂、氢氧化铝+铝矾土、AlF₃、V₂O₅的化学组成重量百分比为：沙漠砂：25～60%、氢氧化铝+铝矾土：40～75%、AlF₃：2～5%、V₂O₅：1～6%。

所述干磨混合粉碎工序的球磨时间为1～3h。

所述埋烧工序的烧成制度为从室温升温至1170～1350℃，并在1000℃保温1h，在最高温度保温时间为1～2h。

所述从室温～1170～1350℃以3～5℃/min的速度升温。

所述过筛工序的筛孔目数为200目。

所述莫来石晶须的显微结构中以莫来石为主晶相，石英或刚玉为次晶相。

所述莫来石晶须的长径比为15～140。

所述沙漠砂的化学组成如下：

本专利以天然硅酸盐废料沙漠砂为硅源，选用氢氧化铝和天然矿物原料铝矾土为铝源，在1170-1350℃低温下合成莫来石晶须。沙漠砂来源广泛，成本低廉，利用沙漠砂及天然矿物原料制备莫来石晶须，节约了生产成本，充分利用了土地资源，对保护环境有较大的帮助，为沙漠砂的资源化利用提供了一套新的思路和方法，对环境保护和可持续发展具有较大的意义。

附图说明

图1是实施例3样品的XRD衍射图谱；

图2是实施例3样品的SEM图谱；

图3是实施例9样品的XRD衍射图谱；

图4是实施例9样品的SEM图谱。

具体实施方式

实施例1：

按沙漠砂55%、氢氧化铝45%、外加AlF₃5%、V₂O₅2%称料后，原料经3h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1300℃以5℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1300℃，最高温度保温时间为2h，经自然冷却后获得长径比为73的莫来石晶须。

实施例2：

按沙漠砂45%、氢氧化铝55%、外加AlF₃3%、V₂O₅4%称料后，原料经2h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1250℃以3℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1250℃，最高温度保温时间为1.5h，经自然冷却后获得长径比为115的莫来石晶须。

实施例3：

按沙漠砂35%、氢氧化铝65%、外加AlF₃4%、V₂O₅5%称料后，原料经1.5h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1170℃以3℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1170℃，最高温度保温时间为1h，经自然冷却后获得长径比为140的莫来石晶须。

实施例4：

按沙漠砂50%、氢氧化铝10%、铝矾土40%、外加AlF₃4%、V₂O₅4%称料后，原料经2.5h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1280℃以4℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1280℃，最高温度保温时间为2h，经自然冷却后获得长径比为55的莫来石晶须。

实施例5：

按沙漠砂40%、氢氧化铝50%、铝矾土10%、外加AlF₃2%、V₂O₅6%称料后，原料经2h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1200℃以3℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1200℃，最高温度保温时间为1.5h，经自然冷却后获得长径比为82的莫来石晶须。

实施例6：

按沙漠砂25%、氢氧化铝65%、铝矾土10%、外加AlF₃5%、V₂O₅2%称料后，原料经1h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1350℃以5℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1350℃，最高温度保温时间为1.5h，经自然冷却后获得长径比为65的莫来石晶须。

实施例7：

按沙漠砂60%、铝矾土40%、外加AlF₃2%、V₂O₅6%称料后，原料经1h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1250℃以3℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1250℃，最高温度保温时间为1h，经自然冷却后获得长径比为15的莫来石晶须。

实施例8：

按沙漠砂45%、铝矾土55%、外加AlF₃4%、V₂O₅3%称料后，原料经2h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1300℃以5℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1300℃，最高温度保温时间为2h，经自然冷却后获得长径比为28的莫来石晶须。

实施例9：

按沙漠砂35%、铝矾土65%、外加AlF₃5%、V₂O₅1%称料后，原料经3h干磨混合粉碎、过200目筛后，在室温～1350℃以4℃/min速度升温，在1000℃保温1h，最高烧成温度为1350℃，最高温度保温时间为2h，经自然冷却后获得长径比为35的莫来石晶须。

Claims (8)

1.一种利用沙漠砂低温合成莫来石晶须的制备方法，其特征在于：采用沙漠砂、氢氧化铝、铝矾土为主要原料，外加AlF₃和V₂O₅为添加剂，经配料、干磨混合粉碎、过筛、埋烧获得莫来石晶须。

2.根据权利要求1所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述沙漠砂、氢氧化铝+铝矾土、AlF₃、V₂O₅的化学组成重量百分比为：沙漠砂：25～60%、氢氧化铝+铝矾土：40～75%、AlF₃：2～5%、V₂O₅：1～6%。

3.根据权利要求1所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述干磨混合粉碎工序的球磨时间为1～3h。

4.根据权利要求1所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述埋烧工序的烧成制度为从室温升温至1170～1350℃，并在1000℃保温1h，在最高温度保温时间为1～2h。

5.根据权利要求4所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述从室温～1170～1350℃以3～5℃/min的速度升温。

6.根据权利要求1所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述过筛工序的筛孔目数为200目。

7.根据权利要求1所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述莫来石晶须的显微结构中以莫来石为主晶相，石英或刚玉为次晶相。

8.根据权利要求1所述的莫来石晶须的制备方法，其特征在于：所述莫来石晶须的长径比为15～140。