CN112358291A - 一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，以分析纯级Al2O3粉、CaO粉为主要原料，丙烯酰胺(AM)为单体，N‑N’‑亚甲基双丙烯酰胺(MABM)为交联剂，柠檬酸三胺为分散剂，N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺(TEMED)为催化剂，过硫酸铵(ASP)为引发剂，采用凝胶注模的方法，经过配置预混液、制浆、注模、脱模、干燥、烧结制备六铝酸钙材料坯体，由本方法制备的六铝酸钙材料具有工艺流程简单，材料组分和密度均匀，缺陷少、生坯强度高，便于加工等优点，使所制造产品的综合品质显著提高。

Description

一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法
技术领域
本发明涉及无机化工领域，具体涉及一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法。
背景技术
工业窑炉的节能问题一直是冶金、机械、化工等行业的重要课题。目前，大多数都采用轻质隔热材料来构筑炉窑衬里，借此来减少窑炉的散热损失。窑炉内衬需要承受高温环境以及急冷急热的环境变化，在高温状态下会产生热膨胀，并因此受到挤压而产生热应力，当内衬的内部应力超过其本身强度时，就要产生剥落损毁等，导致窑炉内衬耐火材料寿命的降低，所以在保证其具有优异的隔热性能的同时，又须具有良好的热震稳定性和较高的强度。
国内外研究者对此进行了大量研究，发现了六铝酸钙材料具有良好的热震稳定性以及独特的沿c轴优先生长的结晶习性，考虑将其作为隔热材料应用于窑炉内衬。传统的六铝酸钙隔热材料大多采用发泡法和造孔剂法来制造。造孔剂法所制备的多孔材料虽然其孔型和孔径可以控制，但是气孔分布均匀性差，很难制备高气孔率制品。相比而言，虽然发泡法可以制得气孔率较高、隔热性能较好的材料，但其也具有气孔尺寸较大且分布不均、孔壁结构较弱等问题，会导致隔热材料的局部力学性能较差，从而影响制品的综合性能。
故市面上急需一种六铝酸钙材料的合成方法，保证其具有较高的气孔率同时又可以具有较高的强度和较好的热震稳定性，使隔热材料具有更好的综合性能，从而延长窑炉内衬耐火材料的使用寿命。因此，本发明有效利用一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，通过本方法合成的六铝酸钙材料具有工艺简单，气孔率高、强度高、热震稳定性好、均匀性好、综合性能好的优点。
发明内容
为克服现有技术缺陷，本发明提供了一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，以Al2O3、CaO分析纯为陶瓷粉末，丙烯酰胺(AM)为单体，N-N’-亚甲基双丙烯酰胺(MABA)为交联剂，柠檬酸三胺为分散剂，N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TEMED)为催化剂，过硫酸铵(ASP)为引发剂，采用凝胶注模的方法经过制浆、浇注、成型、干燥、烧结，合成六铝酸钙材料，通过本方法合成的六铝酸钙材料具有工艺简单，气孔率高、热震稳定性好、强度高、均匀性好、综合性能好的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
（1）将丙烯酰胺和N-N’-亚甲基双丙烯酰胺按24:1的质量比加入到去离子水中，配置浓度为10-20ѡt%的溶液，得预混液；
（2）以重量份计，将100份Al2O3粉和9.15份CaO粉混合，得混合陶瓷粉；将混合陶瓷粉与0.33-0.55份柠檬酸三胺一同分散在步骤（1）所得预混液中，球磨10-12小时，得浆料，浆料中固相含量为50-70vol%；
（3）将4.37-7.64份的过硫酸铵和0.21-0.29份N,N,N’,N’-四甲基二胺与步骤（2）所得浆料共同混合后浇注到无孔模具中，静置6-12h后进行脱模，得六铝酸钙材料生坯；
（4）将六铝酸钙材料生坯在80-120℃的条件下干燥12-24h，得干燥的六铝酸钙材料生坯；
（5）将干燥的六铝酸钙材料生坯在1550-1650℃高温炉中煅烧，并保温3-6h，随炉自然冷却后取出，即得六铝酸钙材料坯体。
所述步骤（1）中的丙烯酰胺为化学纯级，含量＞98.0%和N-N’-亚甲基双丙烯酰胺为分析纯级，含量＞99.0%。
所述步骤（2）中的Al2O3粉为分析纯级，含量＞99%和CaO粉为分析纯级，含量＞98%；柠檬酸三胺分析纯级，含量＞99.9%。
所述步骤（3）中的过硫酸铵为分析纯级，含量＞98.0%和N,N,N’,N’-四甲基二胺为分析纯级，含量＞99.0%。
凝胶注模成型技术是传统的注浆工艺与有机化学高聚合理论的完美结合，其原理是通过制备低粘度的浓悬浮体，在浆料中加入有机单体和交联剂，在催化剂和引发剂的作用下，促进有机单体与交联剂的反应形成三维网络结构，使浆料和水封于网络中原位凝固，从而使坯体原位定型，所成型坯体中，材料组分和密度非常均匀、缺陷很少且坯体强度高，这有利于进行机械加工，以制备形状较为复杂的部件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）生成的六铝酸钙材料坯体组分和密度均匀、缺陷少、坯体强度高，能够提高所制造产品的综合品质；2）通过凝胶注模工艺所制备的生坯强度高，便于机械加工。
附图说明
图1为本发明制备六铝酸钙材料坯体的实施例工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的制备方法做进一步说明：
实施例1：
将240g丙烯酰胺和10g N-N’-亚甲基双丙烯酰胺按加入到1417g去离子水中，配置浓度为15ѡt%的溶液，得预混液；将100gAl2O3粉和9.15gCaO粉混合，得混合陶瓷粉；将混合陶瓷粉与0.33g柠檬酸三胺一同分散在311ml预混液中，球磨12小时，得浆料，浆料中固相含量为55vol%；将4g的过硫酸铵和0.22gN,N,N’,N’-四甲基二胺与浆料共同混合后浇注到无孔模具中，静置6h后进行脱模，得六铝酸钙材料生坯；将六铝酸钙材料生坯在80℃的条件下干燥16h，得干燥的六铝酸钙材料生坯；将干燥的六铝酸钙材料生坯在1550℃高温炉中煅烧，并保温6h，随炉自然冷却后取出，即得六铝酸钙材料坯体。
本实施例所合成六铝酸钙材料坯体，常温抗折强度为32.8MPa，热震稳定性为20次，其体积密度为0.76g/cm3，显气孔率为73.2%。通过发泡法所合成的气孔率相似的六铝酸钙材料，常温抗折强度为18.2MPa，热震稳定性为16次。
实施例2：
将240g丙烯酰胺和10g N-N’-亚甲基双丙烯酰胺按加入到去1139g离子水中，配置浓度为18ѡt%的溶液，得预混液；将100gAl2O3粉和9.15gCaO粉混合，得混合陶瓷粉；将混合陶瓷粉与0.44g柠檬酸三胺一同分散在253.8ml预混液中，球磨12小时，得浆料，浆料中固相含量为60vol%；将6.55g的过硫酸铵和0.27gN,N,N’,N’-四甲基二胺与浆料共同混合后浇注到无孔模具中，静置8h后进行脱模，得六铝酸钙材料生坯；将六铝酸钙材料生坯在80℃的条件下干燥18h，得干燥的六铝酸钙材料生坯；将干燥的六铝酸钙材料生坯在1600℃高温炉中煅烧，并保温6h，随炉自然冷却后取出，即得六铝酸钙材料坯体。
本实施例所合成六铝酸钙材料坯体，常温抗折强度为36.5MPa，热震稳定性为23次，其体积密度为0.83g/cm3，显气孔率为70.2%。通过发泡法所合成的气孔率相似的六铝酸钙材料，常温抗折强度为19.7MPa，热震稳定性为18次。
实施例3：
将240g丙烯酰胺和10g N-N’-亚甲基双丙烯酰胺按加入到1000g去离子水中，配置浓度为20ѡt%的溶液，得预混液；将100gAl2O3粉和9.15gCaO粉混合，得混合陶瓷粉；将混合陶瓷粉与0.55g柠檬酸三胺一同分散在179ml预混液中，球磨12小时，得浆料，浆料中固相含量为68vol%；将7.64g的过硫酸铵和0.24gN,N,N’,N’-四甲基二胺与浆料共同混合后浇注到无孔模具中，静置12h后进行脱模，得六铝酸钙材料生坯；将六铝酸钙材料生坯在80℃的条件下干燥20h，得干燥的六铝酸钙材料生坯；将干燥的六铝酸钙材料生坯在1650℃高温炉中煅烧，并保温6h，随炉自然冷却后取出，即得六铝酸钙材料坯体。
本实施例所合成六铝酸钙材料坯体，常温抗折强度为38.5MPa，热震稳定性为28次，其体积密度为0.94g/cm3，显气孔率为68.2%。通过发泡法所合成的气孔率相似的六铝酸钙材料，常温抗折强度为21.5MPa，热震稳定性为22次。

Claims (4)

1.一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
（1）将丙烯酰胺和N-N’-亚甲基双丙烯酰胺按24:1的质量比加入到去离子水中，配置浓度为10-20ѡt%的溶液，得预混液；
（2）以重量份计，将100份Al2O3粉和9.15份CaO粉混合，得混合陶瓷粉；将混合陶瓷粉与0.33-0.55份柠檬酸三胺一同分散在步骤（1）所得预混液中，球磨10-12小时，得浆料，浆料中固相含量为50-70vol%；
（3）将4.37-7.64份的过硫酸铵和0.21-0.29份N,N,N’,N’-四甲基二胺与步骤（2）所得浆料共同混合后浇注到无孔模具中，静置6-12h后进行脱模，得六铝酸钙材料生坯；
（4）将六铝酸钙材料生坯在80-120℃的条件下干燥12-24h，得干燥的六铝酸钙材料生坯；
（5）将干燥的六铝酸钙材料生坯在1550-1650℃高温炉中煅烧，并保温3-6h，随炉自然冷却后取出，即得六铝酸钙材料坯体。
2.根据权利要求1所述一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的丙烯酰胺为化学纯级，含量＞98.0%和N-N’-亚甲基双丙烯酰胺为分析纯级，含量＞99.0%。
3.根据权利要求1所述一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的Al2O3粉为分析纯级，含量＞99%和CaO粉为分析纯级，含量＞98%；柠檬酸三胺分析纯级，含量＞99.9%。
4.根据权利要求1所述一种凝胶注模合成六铝酸钙材料的方法，其特征在于，所述步骤（3）中的过硫酸铵为分析纯级，含量＞98.0%；N,N,N’,N’-四甲基二胺为分析纯级，含量＞99.0%。
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