CN109503197B - 一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法，该方法是将ρ‑Al2O3粉末和碳酸钙粉末配料后，加入去离子水，机械搅拌并超声波振荡后，将其注模成型、固化，随后放入恒温干燥箱中干燥，脱模后置于高温炉中在空气气氛下烧结，获得六铝酸钙多孔陶瓷。本发明方法工艺简单易行，操作过程对环境没有污染，所制备的产品具有纯度高、气孔率高、热导率低且耐压强度高等优点。

Description

一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法，属于耐火材料制备技术领域。
背景技术
六铝酸钙(CA6)是Al2O3-CaO二元系中熔点最高的化合物，其熔点高达1875℃。六铝酸钙多孔陶瓷因其具有化学性质稳定、热膨胀系数低、热导率低、且其高温热导率随温度升高变化较小等优点，而被广泛应用于高温窑炉、冶金耐火材料及航空航天保温材料等领域。尤其是在冶金耐火材料领域，六铝酸钙多孔陶瓷在还原性气氛下稳定性好、在含FeO熔渣中溶解度极低、且其对高温熔融金属和熔渣的润湿性差，同时其微观组织的片状晶体结构具有极大的比表面积，因此，六铝酸钙多孔陶瓷已作为新型冶金高温隔热材料而成为研究的热点之一。
目前，多孔六铝酸钙材料的制备工艺主要包括添加造孔剂法和发泡法，添加造孔剂法虽然成本低廉，但所添加的造孔剂多为有机物，在烧失有机物并造孔过程中易污染环境，同时，造孔剂法无法获得高气孔率多孔陶瓷，且其气孔孔径分布极不均匀。发泡法虽然可获得孔径分布均匀的气孔，但其大量使用的有机物，如减水剂、分散剂及发泡剂等，在后续烧失的过程中不仅产生对环境有害的气体，还易残存含K、Na等化合物，导致其高温使用性能显著下降。
因此，发明一种工艺简单易行、不添加任何有机或无机化合物、对环境友好且气孔分布均匀的制备工艺，是六铝酸钙多孔陶瓷制备领域亟待解决的主要问题之一。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法，该制备方法简单易行、不添加任何有机或无机化合物、对环境友好，且获得的陶瓷气孔分布均匀。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法，该方法是将ρ-Al2O3粉末和碳酸钙粉末配料后，加入去离子水，机械搅拌并超声波振荡后，将其注模成型、固化，随后放入恒温干燥箱中干燥，脱模后置于高温炉中在空气气氛下烧结，获得六铝酸钙多孔陶瓷。
如上所述的方法，优选地，所述ρ-Al2O3与碳酸钙按照质量比为87.2:12.8配料。
如上所述的方法，优选地，所述去离子水的加入量为原料总质量的40～150％。
如上所述的方法，优选地，所述超声波振荡的时间为5～10分钟。
如上所述的方法，优选地，所述恒温干燥的温度为60～80℃，干燥时间为24～72小时。
如上所述的方法，优选地，所述烧结温度为1500～1650℃。
如上所述的方法，优选地，所述烧结时间为1～8小时。
如上所述的方法，优选地，所述ρ-Al2O3原料，其氧化铝含量≥90％。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明基于ρ-Al2O3原料可与所加入的去离子水反应形成大量凝胶的原理，可使加入的碳酸钙粉末均匀分散于凝胶中，并逐渐固化。同时大量凝胶的生成，由于固化后的陶瓷素坯中提供网络状气孔结构，从而保证烧结后的六铝酸钙陶瓷中存在大量的气孔并具有极高的机械强度。另一方面，ρ-Al2O3的水化产物拜耳石和勃姆石及碳酸钙的分解过程中，亦将形成部分微气孔，对多孔陶瓷的气孔率提高具有积极的影响。由于在该工艺中未使用任何有机或无机添加物，因此，可制备出高纯度高强度的六铝酸钙多孔陶瓷。且在制备过程中不会产生对环境有害的气体，也不会残存K、Na等化合物。
本发明方法所制备的产品具有纯度高、气孔率高、热导率低且耐压强度高等优点，通过本发明的制备方法，可有效弥补现有制备工艺对环境不友好、产品纯度及强度不高等不足，且本发明工艺简单易行、适合大规模工业化生产，具有广阔的应用前景和实际应用价值。
附图说明
图1为本发明所制备的六铝酸钙多孔陶瓷的X射线衍射图谱；
图2为本发明所制备的六铝酸钙多孔陶瓷的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明采用ρ-Al2O3提供原料所需全部铝源，利用ρ-Al2O3在常温下可与水直接反应形成大量拜耳石和勃姆石凝胶并逐渐固化的特点，通过与所加入的碳酸钙高温下发生反应，形成六铝酸钙多孔陶瓷。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
按质量分数为87.2％的ρ-Al2O3粉末和12.8％的碳酸钙粉末进行配料，加入原料总质量40％的去离子水，置于机械搅拌器中搅拌，并超声波振荡5～10分钟，然后将其注模成型、固化，随后放入70℃的恒温干燥箱中干燥24小时，脱模后置于高温炉中于空气气氛下在1650℃的温度下烧结2小时，随炉冷却后获得六铝酸钙多孔陶瓷。
将制备获得的六铝酸钙多孔陶瓷，通过GB/T 2997-2000和GB/T5072-2008对样品的孔隙率、体积密度及耐压强度进行测定。测得其显气孔率为42.4％，体积密度为1.89g/cm3，耐压强度为61.7MPa。
实施例2
以质量分数为87.2％的ρ-Al2O3粉末和12.8％的碳酸钙粉末进行配料，加入原料总质量100％的去离子水，置于机械搅拌器中搅拌并超声波振荡5～10分钟，然后将其注模成型、固化，随后放入70℃的恒温干燥箱中干燥48小时，脱模后置于高温炉中于空气气氛下在1600℃的温度下烧结4小时，随炉冷却后获得六铝酸钙多孔陶瓷。
按实施例1中所述方法测得本实施例方法制备的产品，其显气孔率为57.8％，体积密度为1.42g/cm3，耐压强度为22MPa。
实施例3
以质量分数为87.2％的ρ-Al2O3粉末和12.8％的碳酸钙粉末进行配料，加入原料总质量150％的去离子水，置于机械搅拌器中搅拌并超声波振荡5～10分钟，然后将其注模成型、固化，随后放入70℃的恒温干燥箱中干燥72小时，脱模后置于高温炉中于空气气氛下在1550℃的温度下烧结6小时，随炉冷却后获得六铝酸钙多孔陶瓷。
按实施例1中所述方法测得本实施例方法制备的产品，其显气孔率为68.2％，体积密度为1.09g/cm3，耐压强度为8.0MPa。
将本实施例制备的六铝酸钙多孔陶瓷进行X射线衍射和扫描电镜测定，获得的X射线衍射图谱如图1所示，扫描电镜的照片如图2所示，从图1中可看出，说明所制备的六铝酸钙多孔陶瓷的物相为六铝酸钙。图2说明所制备的六铝酸钙多孔陶瓷的晶体结构为片状，具有均匀的气孔分布。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，其是将ρ-Al2O3粉末和碳酸钙粉末配料后，加入去离子水，机械搅拌并超声波振荡后，将其注模成型、固化，随后放入恒温干燥箱中干燥，脱模后置于高温炉中在空气气氛下烧结，获得六铝酸钙多孔陶瓷；
其中，所述ρ-Al2O3与碳酸钙按照质量比为87.2:12.8配料；
所述恒温干燥的温度为60～80℃，干燥时间为24～72小时；
所述去离子水的加入量为原料总质量的40～150％；
烧结温度为1500～1650℃；烧结时间为1～8小时。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声波振荡的时间为5～10分钟。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ρ-Al2O3原料，其氧化铝含量≥90％。
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