CN1669979A - 刚玉－莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚玉－莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法。主要是以硅溶胶和铝溶胶作为原料，通过控制铝胶的pH值，通过溶胶－凝胶过程制备硅铝凝胶。在制备凝胶的过程中通过脱水可控制硅铝含量，引入氨水或乙酰丙酮可控制胶凝时间，在硅铝凝胶中引入三氟化铝矿化剂可控制硅铝凝胶在烧成过程中生成的莫来石物相的晶型。铝硅凝胶能在陶瓷与耐火材料制备的过程中作为结合剂，也可用于超细莫来石粉体制备，在使用过程中引入矿化剂可控制所生成莫来石组份的晶体形状，促进陶瓷或耐火材料性能的提高。

Description

刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷烧成用结合剂，尤其是涉及一种刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法。

背景技术

结合剂在陶瓷及耐火材料制品中按其存在的时间可以分为暂时结合剂和永久性结合剂：前者在制品烧结或使用过程中因升温而分解，挥发而离开制品，其残余部分不再对制品或很少对制品性能产生影响；后者则在烧结和使用过程中永久地留在制品中，并必然对制品的性能产生影响。这种永久性结合剂往往又分为在烧结或使用过程中发生变化和不起变化两类。一般说来，多数结合剂会使制品的高温性能下降，对于高温陶瓷和耐火材料而言，这种颗粒间或颗粒与细粉间的最佳结合相无疑是其主相本身或耐火性能与主晶相相近并对制品性能产生良好影响的第二相，在高温陶瓷和耐火材料以固相烧结为主要机理的制品中，微粉加入作为烧结促进剂，同时也在制品烧结过程中充当这种结合相的作用。但是，在一般高温陶瓷及耐火材料工艺中加入的微粉多为微米级，活性并不很高，更细的超微粉则价格昂贵，使一般高温陶瓷难以接受，分散程度最高、活性最大的显然是分散到离子、分子的溶液，但是在一般高温陶瓷和耐火材料工艺中，作为结合相加入，它的量又太少。

近年来广泛应用于制造超微粉的溶胶-凝胶法的中间产物——共沉淀(或水解)凝胶，由于它的分散度高于一般的微粉，而且混和十分均匀，活性较高，并且具有良好的结合性能，利用它作为结合剂能很好分布在颗粒与基质交界处，而且共沉淀凝胶极容易调整其多元组分，可以方便地按制品对性能的要求在其关键部位添加多组分的结合相，同样它也可以应用溶胶凝胶法中的沉淀包裹法所形成的粉胶混合体作为结合剂。这为高温陶瓷和耐火材料的低温活性烧结开辟了新的途径。

目前刚玉-莫来石和莫来石制品常用的结合剂有粘土、莫来石细粉，氧化铝细粉及硅微粉，这些结合剂中只有粘土具有良好的塑性，能提供一定的结合强度，硅微粉则需较长时间的水化之后能产生一定的强度，而莫来石细粉和氧化铝细粉则属于脊性料根本无法提供相应的强度，粘土和硅微粉在引入的过程中易带入较多量的杂质，而氧化铝粉和莫来石细粉结合的陶瓷则需另外的有机结合剂，并且烧成温度高。我们则在目前刚玉-莫来石陶瓷和莫来石陶瓷结合剂现状的条件下开发了硅铝凝胶作为这些陶瓷的结合剂，不仅能提供一定的生坯结合强度，还能减少杂质的引入，提高陶瓷的综合性能。

目前制备商品化的硅铝凝胶很少，只有单独的铝胶或硅胶可买，常用的硅铝凝胶则是通过溶胶-凝胶的方法制备，利用醇盐的水解和聚合反应制成均匀的溶胶，最后形成凝胶，制备硅铝凝胶成本很高，根本无法在耐火材料或普通陶瓷领域应用，很难实现大规模的工业化生产和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法。利用铝胶和硅胶为原料制备适合目前耐火材料和陶瓷使用的硅铝凝胶。

本发明采用的技术方案是该方法包括以下各步骤：

1)将市售浓度为的10～20wt％氧化铝含量的铝胶加到盛有经酸化的PH值为2.5～3.0的去离子水进行稀释，搅拌配置成氧化铝含量为5～10wt％的铝溶胶备用；

2)在氧化硅含量为18wt％的硅溶胶中加入去离子水进行稀释，搅拌配置成氧化硅含量为5～10wt％的硅溶胶备用；

3)将配制好的铝溶胶在60～95℃反应釜中搅拌回流半小时，冷却到10～50℃按莫来石化学式比例加入定量的硅溶胶，边加入边搅拌，同时控制PH值≤3，搅拌时间为1～3小时制备硅铝溶胶。

通过脱水可制备莫来石浓度为5～10％的硅铝凝胶，加入氨水或有机碱3-氨基丙醇可加快硅铝溶胶的胶凝时间，加入乙酰丙酮可延缓硅铝溶胶的胶凝时间。

用于去离子水酸化的材料为乙酸、硝酸、盐酸或草酸。

制备好的硅铝溶胶中加入硅铝溶胶重量的2～10％的三氟化铝矿化剂搅拌得到含矿化剂的硅铝凝胶。

本发明具有的有益的效果是：提供一种能有效提高陶瓷性能，又能在较低的温度条件下实现烧结的硅铝凝胶结合剂，主要是以硅溶胶和铝溶胶作为原料，通过控制铝胶的pH值，通过溶胶-凝胶过程制备硅铝凝胶。在制备凝胶的过程中通过脱水可控制硅铝含量，引入氨水或乙酰丙酮可控制胶凝时间，在硅铝凝胶中引入三氟化铝矿化剂可控制硅铝凝胶在烧成过程中生成的莫来石物相的晶型。铝硅凝胶能在陶瓷与耐火材料制备的过程中作为结合剂，也可用于超细莫来石粉体的制备，在使用过程中引入矿化剂可控制所生成莫来石组份的晶体形状，促进陶瓷或耐火材料性能的提高。

附图说明

图1是干凝胶粉末100℃烘干后TEM照片；

图2是干凝胶粉末1100℃热处理后TEM照片；

图3是胶粉末经1250℃热处理后TEM照片；

图4是含氟化铝干凝胶粉末经1250℃热处理后TEM照片。

具体实施方式

将铝胶(氧化铝含量10～20wt％)加到盛有乙酸酸化的去离子水(PH值为2.5)容器中进行稀释，搅拌配置成氧化铝含量为5％的铝溶胶备用，同时也在硅溶胶(氧化硅含量为18wt％)中加入去离子水进行稀释，搅拌配置成氧化硅含量为5％的硅溶胶备用。将铝溶胶在80℃反应釜中搅拌回流半小时，冷却到40℃按莫来石配比加入一定量氧化硅含量为5％的硅溶胶，边加入边搅拌，同时要控制PH值≤3，搅拌时间为2小时制备硅铝溶胶，然后通过脱水制备不同浓度的硅铝凝胶，加入氨水或有机碱3-氨基丙醇可加快硅铝溶胶的胶凝时间，加入乙酰丙酮可延缓硅铝溶胶的胶凝时间。

表1为铝硅溶胶在不同PH值条件下的胶凝情况，发现pH值≤3.0的溶胶在很长时间内能保持半透明无沉淀，pH＝3.2～8.0的溶胶均呈现浑浊或沉淀现象。其中pH＝3.2、3.5两试样开始时浊度较小，随着时间的延长浊度逐渐增大，而其他试样一开始就显得相当混浊，然后逐渐沉降。

表1铝硅溶胶系统在不同pH值下的胶凝情况

样品编号	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7	A8
									PH值	2.5	3.0	3.2	3.5	4.0	5.0	6.0	7.0
胶凝情况	保持半透明	保持半透明	开始保持半透明，逐渐混浊，有沉淀	开始保持半透明，逐渐混浊，有沉淀	一开始即混浊，有沉淀	一开始即混浊，有沉淀	一开始即混浊，有絮状沉淀	一开始即混浊，有絮状沉淀

表2铝硅溶胶在不同温度和PH值条件下的胶凝时间，随着温度和PH值的提高凝胶时间逐渐缩短，其中温度的作用尤为明显，室温条件下的胶凝时间为10天左右，而在80℃仅需2小时。在铝硅溶胶之中加入氨水，溶胶迅速胶凝失去流动性得到碱化凝胶；而在铝溶胶中予加入乙酰丙酮能延长铝硅溶胶的胶凝时间，在200ml铝溶胶中引入10ml乙酰丙酮，在80℃的条件下，胶凝时间为3.5小时，延长了1.5小时。

表2铝硅溶胶在不同温度和PH值条件下的胶凝时间

凝胶温度(℃)	室温(20)	40	60	80
					A1(pH＝2.5)胶凝时间	12天	30小时	8小时	2小时
A2(pH＝3.0)胶凝时间	10天	28小时	7小时	2小时

图1、图2、图3是对凝胶粉末经不同温度热处理后的透射电镜图谱，经过100℃烘干后的凝胶粉末是多孔团聚体；经过1100℃热处理2小时后主要由30-40nm的等轴状粒子构成；而经过1250℃热处理2小时后，莫来石粉体为板状晶粒，发育完全。图4为硅铝凝胶添加三氟化铝经过1250℃热处理后所得的粉体TEM照片，由图可见，粉体形成了呈纵横交错的晶须状结构，从图4B可知晶须的长为28μm，宽为700nm，长径比大于30，从图4可以看出其晶型结构为莫来石相，氟化铝的引入有利于硅铝凝胶在高温下生成莫来石晶须，在莫来石结合刚玉陶瓷中表现出良好抗热震性。

Claims (4)

1、一种刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

1)将市售浓度为的10～20wt％氧化铝含量的铝胶加到盛有经酸化的PH值为2.5～3.0的去离子水进行稀释，搅拌配置成氧化铝含量为5～10wt％的铝溶胶备用；

2)在氧化硅含量为18wt％的硅溶胶中加入去离子水进行稀释，搅拌配置成氧化硅含量为5～10wt％的硅溶胶备用；

3)将配制好的铝溶胶在60～95℃反应釜中搅拌回流半小时，冷却到10～50℃按莫来石化学式比例加入定量的硅溶胶，边加入边搅拌，同时控制PH值≤3，搅拌时间为1～3小时制备硅铝溶胶。

2、根据权利要求1所述的一种刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法，其特征在于：通过脱水可制备莫来石浓度为5～10％的硅铝凝胶，加入氨水或有机碱3-氨基丙醇可加快硅铝溶胶的胶凝时间，加入乙酰丙酮可延缓硅铝溶胶的胶凝时间。

3、根据权利要求1所述的一种刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法，其特征在于：用于去离子水酸化的材料为乙酸、硝酸、盐酸或草酸。

4、根据权利要求1所述的一种刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法，其特征在于：制备好的硅铝溶胶中加入硅铝溶胶重量的2～10％的三氟化铝矿化剂搅拌得到含矿化剂的硅铝凝胶。

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