專利名稱：磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料及其復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫材料、耐侵蝕材料和結(jié)構(gòu)材料等功能無機(jī)非金屬材料的制備技術(shù)，具體是磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料及其復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，固態(tài)材料的合成與制備常常涉及固態(tài)反應(yīng)。傳統(tǒng)的固態(tài)反應(yīng)需要在高溫、高壓條件下進(jìn)行，而高溫等條件下存在對材料的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)特征的控制困難、反應(yīng)速度較低、材料性質(zhì)不穩(wěn)定等缺陷。低溫固態(tài)反應(yīng)制備固體材料的技術(shù)成為人們追求的方向。
現(xiàn)有的制備所述功能復(fù)合材料的方法主要有以下幾種1.采用偏高嶺土與硅酸鈉溶液制備不定形硅酸鋁鈉鍵合材料的技術(shù)，該制備技術(shù)屬于低溫固態(tài)反應(yīng)技術(shù)，但反應(yīng)過程需要引入較多的堿金屬離子，一般要求Na2O/Al2O3的摩爾比在1左右。(Davidovits，J.Geopolymers and Geopolymeric Materials.J.Therm.Anal.Vol.35，No.2，pp.429-441，Mar.-Apr.1989)；由于引入堿金屬，造成體系某些特性變差，如高溫耐火性差。
2.以電熔白剛玉作骨料，煅燒氧化鋁和含SiO2的材料(高嶺土、偏高嶺土或硅微粉)共同作基質(zhì)制備了澆注料。每種配方的澆注料中均加入0.25％的鋁酸鈣水泥。其缺點(diǎn)是該澆注料要在高溫條件下才能獲得較高的強(qiáng)度(約20MPa)(關(guān)世文編譯.高鋁耐火澆注料用高嶺土、偏高嶺土及硅微粉填料，國外耐火材料.2003.28(2)12～17)3.以磷酸鹽作為化學(xué)結(jié)合的耐火澆注料，其缺點(diǎn)是與一般鋁硅質(zhì)材料在常溫下難以反應(yīng)，為此加入了MgO細(xì)粉或鋁酸鹽水泥，而使耐火澆注料凝結(jié)硬化(韓行祿編著.不定形耐火材料(第2版)，北京冶金工業(yè)出版社，2003)。
可見，上述方法中，體系要么引入堿金屬(K或Na)離子，要么引入堿土金屬(Ca或Mg)離子。這些金屬離子的引入往往會引起體系的高溫特性降低的問題。后兩者的自養(yǎng)強(qiáng)度較低，固相的主要反應(yīng)過程需要在高溫條件下進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料的方法，實(shí)現(xiàn)固相的主要反應(yīng)過程在低溫下進(jìn)行，因而具有便于操作和控制的優(yōu)點(diǎn)。此外還具有降低能耗、合成工藝簡單等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種將所述鍵合材料用于制備復(fù)合材料的方法，以滿足不同功能材料要求。
實(shí)現(xiàn)低溫固態(tài)反應(yīng)的關(guān)鍵是如何取得適合低溫固態(tài)反應(yīng)要求的反應(yīng)物。
本發(fā)明的磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料的制備方法包括步驟(1)高嶺土在450℃～940℃內(nèi)煅燒1～48小時獲得偏高嶺土；(2)步驟(1)獲得的偏高嶺土與濃度為20～85％重量的磷酸溶液按40-90∶60-10重量比混合，混合物注入模內(nèi)澆注或壓制成型，于5℃～100℃內(nèi)硬化后得到礦物鍵合材料。
所述的鍵合材料用于制備復(fù)合材料的方法，是按99.9-10∶0.1～90重量比在鍵合材料中加入剛玉、石英、莫來石、鋁礬土、鋁礬土熟料、燒粘土、粉煤灰、火山灰、礦渣、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、石墨、硅酸鹽纖維、氧化鋁纖維、氧化鋁微粉、硅粉、紅柱石、藍(lán)晶石、碳纖維、鋼纖維、硝酸銀、硝酸銅中的一種或一種以上混合物，注入模內(nèi)澆注或壓制成型，于5℃～100℃內(nèi)硬化后得到復(fù)合材料。
本發(fā)明方法中，經(jīng)低溫固態(tài)反應(yīng)可以制備出具有較好的高溫特性和耐酸堿侵蝕特性，同時具有較高的低溫強(qiáng)度的不定形鋁硅磷質(zhì)礦物鍵合材料和復(fù)合材料。經(jīng)發(fā)明人查閱相關(guān)文獻(xiàn)，未見有采用偏高嶺土與磷酸為反應(yīng)物，低溫下制備不定形鋁硅磷質(zhì)礦物鍵合材料的技術(shù)方法。
本方法與現(xiàn)有方法的比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、材料混合攪拌后，可以在低溫下澆注或壓制成型并且自行硬化，而且不需要引入堿金屬(K和Na)離子的問題，使得該材料具有更好的耐高溫和耐久性，更高的力學(xué)強(qiáng)度或具有抗菌等功能；2、本發(fā)明方法的反應(yīng)也無須引入堿金屬或堿土金屬離子促凝促硬。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1制備礦物鍵合材料(1)高嶺土在940℃內(nèi)煅燒1小時獲得偏高嶺土；(2)步驟(1)獲得的偏高嶺土與濃度85％的磷酸按90∶10重量比混合，混合物注入模內(nèi)壓制成型，于5℃硬化后得到耐久性良好礦物鍵合材料，其常溫抗壓強(qiáng)度為95MPa、耐火度高于1750℃。
實(shí)施例2制備礦物鍵合材料(1)高嶺土在450℃內(nèi)煅燒48小時獲得偏高嶺土；(2)步驟(1)獲得的偏高嶺土與濃度為20％的磷酸按40∶60重量比混合，混合物注入模內(nèi)澆注成型，于100℃硬化后得到礦物鍵合材料，其常溫抗壓強(qiáng)度為32MPa、耐火度高于1600℃。
實(shí)施例3制備礦物鍵合材料(1)高嶺土在800℃內(nèi)煅燒6小時獲得偏高嶺土；(2)步驟(1)獲得的偏高嶺土與濃度為40％重量的磷酸按60∶50重量比混合，混合物注入模內(nèi)澆注成型，于30℃硬化后得到礦物鍵合材料，其常溫抗壓強(qiáng)度為40MPa、耐火度高于1600℃。
實(shí)施例4實(shí)施例1得到的礦物鍵合材料用于制備復(fù)合材料實(shí)施例2得到的礦物鍵合材料與鋁礬土熟料按10∶10重量比例混合，澆注成型，于100℃硬化后得到復(fù)合材料，其常溫抗壓強(qiáng)度為65MPa、耐火度高于1600℃。
實(shí)施例5實(shí)施例2得到的礦物鍵合材料用于制備復(fù)合材料實(shí)施例2得到的礦物鍵合材料與石英、莫來石、燒粘土、火山灰、硅粉、紅柱石、藍(lán)晶石按10∶10∶20∶20∶10∶10∶10∶10重量比混合，注入模內(nèi)壓制成型，于20℃硬化后得到復(fù)合材料，其常溫抗壓強(qiáng)度為68MPa、耐火度高于1700℃。
實(shí)施例6實(shí)施例3得到的礦物鍵合材料用于制備復(fù)合材料實(shí)施例3得到的礦物鍵合材料與硝酸銀按99.9∶0.1重量比混合，注入模內(nèi)澆注成型，硬化后得到復(fù)合材料，其常溫抗壓強(qiáng)度為42MPa、具有耐水性，殺滅能力的無機(jī)抗菌材料。
權(quán)利要求
1.一種磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料的方法，其特征在于包括步驟(1)高嶺土在450℃～940℃內(nèi)煅燒1～48小時獲得偏高嶺土；(2)步驟(1)獲得的偏高嶺土與濃度為20～85％重量的磷酸溶液按40-90∶60-10重量比混合，混合物注入模內(nèi)澆注或壓制成型，于5℃～100℃內(nèi)硬化后得到礦物鍵合材料。
2.權(quán)利要求1所述的鍵合材料用于制備復(fù)合材料的方法，其特征在于按99.9-10∶0.1～90重量比在所述鍵合材料中加入剛玉、石英、莫來石、鋁礬土、鋁礬土熟料、燒粘土、粉煤灰、火山灰、礦渣、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、石墨、硅酸鹽纖維、氧化鋁纖維、氧化鋁微粉、硅粉、紅柱石、藍(lán)晶石、碳纖維、鋼纖維、硝酸銀、硝酸銅中的一種或一種以上混合物，注入模內(nèi)澆注或壓制成型，于5℃～100℃內(nèi)硬化后得到復(fù)合材料。
全文摘要
本方法涉及一種在較低溫度下采用磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料及其復(fù)合材料的方法。包括在較低溫度下，具有反應(yīng)活性的鋁硅質(zhì)材料可與磷酸發(fā)生鍵合反應(yīng)，通過活性硅鋁質(zhì)界面與低聚磷氧四面體之間的鍵合反應(yīng)，得到一種具有非晶態(tài)的固態(tài)鋁硅磷質(zhì)礦物鍵合材料。以得到的鋁硅磷質(zhì)礦物鍵合材料為基材，加入鋁礬土、硅粉(硅灰)、粉煤灰、礦渣、纖維等中的一種或一種以上可制備性能各異的復(fù)合材料。本發(fā)明根據(jù)需要可采取澆注或壓制方法成型，不需要引入堿或堿土金屬(K、Na、Ca和Mg等)離子，所制備的新材料具有好的耐久性、高的力學(xué)強(qiáng)度和好的高溫性能。
文檔編號C04B33/00GK1721356SQ20051003376
公開日2006年1月18日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者曹德光, 蘇達(dá)根, 朱錦輝 申請人:華南理工大學(xué)