CN106007424B

CN106007424B - 一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥及其制备方法

Info

Publication number: CN106007424B
Application number: CN201610338612.0A
Authority: CN
Inventors: 肖国庆; 杨守磊; 丁冬海; 任耘
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: CN106007424A

Abstract

本发明公开了一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥及其制备方法，所述的铝酸钙水泥中含有铝酸钙纳米晶须，铝酸钙纳米晶须的长度为1.3～8.5μm，铝酸钙纳米晶须的直径为175～200nm；制备方法包括以碳酸钙、氧化钙、铝粉和氧化铝为原料，采用自蔓延高温合成方法进行含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备，制备得到的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的纳米晶须的分散性好，能充分发挥纳米晶须的桥接作用，有助于提高铝酸钙水泥的力学性能；该制备方法不仅制备过程简单经济，生产成本大大降低，而且能降低能耗，更加节能环保。

Description

一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，特别涉及一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥及其制备方法。

技术背景

近年来，耐火浇注料的应用量在逐渐增加，有些国家耐火浇注料占耐火材料总产量的比例超过50％。铝酸钙水泥是应用最广泛的耐火浇注料结合剂，其性能对耐火浇注料的质量有重要地影响。传统的耐火浇注料一般会含有较多的铝酸钙水泥，而水泥用量的增加，往往会使浇注料的性能发生劣化，比如，会增加浇注料的孔隙率，降低其抗侵蚀性和抗热震性等性能。因此，减少铝酸钙水泥用量，同时提高浇注料的性能，发展低水泥用量和超低水泥用量的耐火浇注料是耐火浇注料新的发展方向。

含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥具有较高的比表面积，在浇注料中分散性好，能减少浇注料中铝酸钙水泥用量，实现耐火浇注料的低水泥用量和超低水泥用量。另外，铝酸钙水泥中含有的铝酸钙纳米晶须可以发挥其桥接作用，有助于增强浇注料的韧性和抗拉强度，提高浇注料的高温性能。含铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥可以替代铝酸钙水泥，用于水泥基增强改性材料，可以进一步提高材料的性能。

目前制备铝酸钙水泥的方法主要还是固相烧结法，这种方法不但能耗高，合成温度高，生成周期较长，且产物中很难生成纳米晶须状的物质。自蔓延高温合成技术又叫燃烧合成，是近几十年发展起来制备无机材料的新技术；这种材料制备技术具有减少能耗，缩短反应时间，且合成的产物纯度较高等优点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥及其制备方法，该方法不仅制备工艺简单经济，且通过一步的制备方法就能获得含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥，其特征在于，所述的铝酸钙水泥中含有铝酸钙纳米晶须，铝酸钙纳米晶须的长度为1.3～8.5μm，铝酸钙纳米晶须的直径为175～200nm。

所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，包括以碳酸钙、氧化钙、铝粉和氧化铝为原料，采用自蔓延高温合成方法进行含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备。

具体的，按质量百分比计，原料中碳酸钙为11％～13％，原料中氧化钙为25％～29％，原料中铝粉为9％～34％，原料中氧化铝为21％～55％，碳酸钙、氧化钙、铝粉和氧化铝质量百分比之和为100％。

优选的，按质量百分比计，原料中碳酸钙为11％，原料氧化钙为25％，原料中铝粉为9％，原料中氧化铝为55％。

优选的，按质量百分比计，原料中碳酸钙为12％，原料中氧化钙为27％，原料中铝粉为19％，原料中氧化铝为42％。

优选的，按质量百分比计，原料中碳酸钙为13％，，原料中氧化钙为30％，原料中铝粉为36％，原料中氧化铝为21％。

具体的，所述的自蔓延高温合成方法包括将碳酸钙、氧化钙、铝粉与氧化铝按CaO-Al₂O₃相图进行配料，混匀后干压成型得到试样，通过引燃剂引发试样进行自蔓延高温合成反应，反应后的试样进行粉碎研磨即得含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥。

进一步的，将碳酸钙、氧化钙、铝粉与氧化铝按CaO-Al₂O₃相图配料，混匀后干压成相对理论密度为50％、直径为20mm和高为15mm的圆柱形试样进行自蔓延高温合成反应。

更进一步的，所述的引燃剂包括C-Ti引燃剂，所述的C-Ti引燃剂是将碳粉和钛粉按摩尔比为1:1的用量混配制得。

本发明的优点为：

(1)本发明的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥具有活性高、晶粒细，且性能优异等优点，铝酸钙纳米晶须的长度为1.3～8.5μm，铝酸钙纳米晶须的直径为175～200nm，含有大量的铝酸钙纳米晶须，且纳米晶须的分散性好，能充分发挥纳米晶须的桥接作用，提高铝酸钙水泥的力学性能。

(2)根据原位合成理论，本发明采用自蔓延高温合成技术制得的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥其使用温度和服役寿命有望得到提高，该方法以碳酸钙、氧化钙、氧化铝和铝粉为原料采用自蔓延高温合成进行含铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备，不仅制备过程简单经济，生产成本大大降低，而且能降低能耗，更加节能环保。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例1制备的铝酸钙水泥的XRD

图3为本发明实施例1制备的铝酸钙水泥的SEM图；

图4是本发明实施例2制备的铝酸钙水泥的XRD

图5为本发明实施例2制备的铝酸钙水泥的SEM图；

图6是本发明实施例3制备的铝酸钙水泥的XRD

图7是本发明实施例3制备的铝酸钙水泥的SEM图；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

采用自蔓延高温合成技术制备铝酸钙水泥符合国家低碳环保的政策，且制备的铝酸钙水泥含有铝酸钙纳米纤晶须，这对提高铝酸钙水泥性能，减少耐火浇注料中水泥用量，提高耐火浇注料的性能方面具有重要意义。目前，国内还没有关于铝酸钙纳米晶须的相关研究报道。

以下是发明人给出的实施例，本发明不限于以下的实施例，在本发明给出的范围内，均能制备出的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥。

实施例1：

本实施例采用碳酸钙(纯度≥99.0％)、氧化钙粉(纯度≥99.0％)，铝粉(纯度≥99.0％)和氧化铝(纯度≥99.0％)为原料，按质量百分比计，碳酸钙粉(纯度≥99.0％)为11％，氧化钙粉(纯度≥99.0％)为25％，铝粉(纯度≥99.0％)为9％，氧化铝(纯度≥99.0％)为55％；将混合均匀的原料装入模具中，再对其进行干压成型，压制成直径为20mm、高度为15mm、相对密度为50％的圆柱形试样；结束成型后，将试样进行脱模，然后放入自蔓延高温反应炉中，在试样上放置C-Ti引燃剂，自蔓延高温合成反应由置在试样上端的Ti-C反应产生的热量引发，而Ti和C反应则通过一根钨丝引发；

在密闭空气条件下，点火引燃试样发生自蔓延高温合成反应，而后待炉温降至室温后，关闭电源，开启炉门，将物料取出。对烧成的物料进行粉碎、研磨，即得含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥。

对实施例1制备的铝酸钙水泥进行了XRD及SEM分析，参见图2和3，说明实施例1制备的铝酸钙水泥含有铝酸钙纳米晶须，该纳米晶须的长度约为7μm，直径约为185nm。经检测，本实施例制备得到的铝酸钙水泥所含的成分包括铝酸一钙(CA)、铝酸二钙(CA₂)、七铝酸十二钙(C₁₂A₇)，各成分的含量分别为64％、27％、9％。

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是：按质量百分比计，碳酸钙(纯度≥99.0％)为12％，氧化钙粉(纯度≥99.0％)为了27％，铝粉(纯度≥99.0％)为19％，氧化铝(纯度≥99.0％)为42％；

对实施例2制备的铝酸钙进行了扫描电镜分析(SEM)，参见图4和5，说明实施例2制备的铝酸钙水泥含有铝酸钙纳米晶须，该纳米晶须的长度约为5μm，直径约为185nm。经检测，本实施例制备得到的铝酸钙水泥其所含的成分包括铝酸一钙(CA)、铝酸二钙(CA₂)、七铝酸十二钙(C₁₂A₇)，各成分的含量分别为62％、31％、7％。

实施例3：

本实施例与实施例1不同的是：按质量百分比计，碳酸钙(纯度≥99.0％)为13％，氧化钙粉(纯度≥99.0％)为30％，铝粉(纯度≥99.0％)为36％，氧化铝(纯度≥99.0％)为21％；

对实施例3制备的铝酸钙水泥进行了XRD及SEM分析，参见图6和7，说明实施例3制备的铝酸钙水泥含有铝酸钙纳米晶须，该纳米晶须的长度约为3μm、直径约为185nm。经检测，本实施例制备得到的铝酸钙水泥其所含的成分包括铝酸一钙(CA)、铝酸二钙(CA₂)、七铝酸十二钙(C₁₂A₇)，各成分的含量分别为62％、34％、4％。

Claims

1.一种含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，所述的铝酸钙水泥中含有铝酸钙纳米晶须，铝酸钙纳米晶须的长度为1.3～8.5μm，铝酸钙纳米晶须的直径为175～200nm；包括以碳酸钙、氧化钙、铝粉和氧化铝为原料，采用自蔓延高温合成方法进行含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备。

2.如权利要求1所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，原料中碳酸钙为11%～13%，原料中氧化钙为25%～29%，原料中铝粉为9%～36%，原料中氧化铝为21%～55%，碳酸钙、氧化钙、铝粉和氧化铝质量百分比之和为100%。

3.如权利要求1所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，原料中碳酸钙为11%，原料氧化钙为25%，原料中铝粉为9%，原料中氧化铝为55%。

4.如权利要求1所述的含有铝酸钙纳米纤晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，原料中碳酸钙为12%，原料中氧化钙为27%，原料中铝粉为19%，原料中氧化铝为42%。

5.如权利要求1所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，原料中碳酸钙为13%，原料中氧化钙为30%，原料中铝粉为36%，原料中氧化铝为21%。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，所述的自蔓延高温合成方法包括将碳酸钙、氧化钙、铝粉与氧化铝按CaO-Al₂O₃相图进行配料，混匀后干压成型得到试样，通过引燃剂引发试样进行自蔓延高温合成反应，反应后的试样进行粉碎研磨即得含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥。

7.如权利要求6所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，将碳酸钙、氧化钙、铝粉与氧化铝按CaO-Al₂O₃相图配料，混匀后干压成相对理论密度为50%、直径为20mm和高为15mm的圆柱形试样进行自蔓延高温合成反应。

8.如权利要求6所述的含有铝酸钙纳米晶须的铝酸钙水泥的制备方法，其特征在于，所述的引燃剂包括C-Ti引燃剂，所述的C-Ti引燃剂是将碳粉和钛粉按摩尔比为1:1的用量混配制得。