專利名稱：一種賽隆空心球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種賽隆空心球的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，賽隆作為一種新型工程材料，在冶金、航空、化工、機(jī)械等工業(yè)部門均嶄露頭角如作汽車發(fā)動機(jī)元件、金屬切削工具、各種耐磨高溫部件及擠壓模、高溫密封件和軸承等。
在以工業(yè)廢渣合成Sialon粉末研究中，其中較多的是利用煤矸石或粉煤灰合成β-Sialon，基本方法和原理為將煤矸石與還原劑按一定的比例混合，使其達(dá)到緊密混合狀態(tài)，加入一定的催化劑，經(jīng)造粒、成型，在一定流速的氮?dú)鈿夥崭邷貭t中進(jìn)行還原氮化，合成所需的產(chǎn)物，其反應(yīng)過程較為復(fù)雜。
中國發(fā)明專利公開了一種名稱為一種制備貝踏賽隆的方法，專利號為02146408.1的發(fā)明專利，提出以煤矸石、煤粉、氮?dú)庾髟?，合成工藝為原料?xì)磨→按要求配料→混合→加入結(jié)合劑混合→機(jī)壓成型→干燥→在還原氮化氣氛下燒結(jié)合成→冷卻→出爐→化驗(yàn)；所有原料均經(jīng)細(xì)磨至粒度≤0.08mm，原料配比按化學(xué)反應(yīng)所需碳量過量5％配碳；結(jié)合劑糖漿；氣氛氮?dú)?；燒結(jié)合成溫度1400℃燒8小時，再升至1600℃保溫2小時。成品物相主要為賽隆相(約95％)，化學(xué)式為Si3Al3O3N5。其余為約4％的SiC及少量玻璃相。
粉煤灰可作為一種廉價的合成Sialon原材料，然而粉煤灰中大量的具有多種功能的球形顆粒材料——微珠并沒有得到有效利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用粉煤灰微珠制備賽隆空心球的方法，以降低原料成本，簡化生產(chǎn)工藝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案在于采用了一種賽隆空心球的制備方法，包括以下步驟(1)選用粉煤灰空心微珠為原料，將粉煤灰空心微珠與碳粉按重量配比為68-74∶32-26的比例混合均勻，過篩；(2)在流量為0.05-0.2L/min的高純氮?dú)鈿夥障拢陨郎厮俣葹?-300℃時自由升溫，300-1000℃時以5℃/min，1000-1300℃時以3℃/min，1300-1500℃時以2℃/min的速度升溫至1300-1500℃，保溫4-6小時，隨爐冷卻，得粉料；(3)將制備的粉料在750-850℃的氧化爐中保溫4-5小時，除去殘余的碳，即可得到賽隆空心球。
所述的粉煤灰空心微珠包括重量百分比為40-65％的SiO2，重量百分比為20-40％的Al2O3及重量百分比為1.0-5.0％的鐵的氧化物。
所述的微珠密度ρ為1.9-2.3g/cm3，粒徑＞43μm。
所述的碳粉可以為活性碳或碳黑。
所述的碳粉的平均粒徑＜5μm。
所述的氮?dú)獾募兌龋?9.999％。
由于本發(fā)明的方法是以粉煤灰微珠為原料，碳(活性碳或碳黑)作為還原劑，以碳熱還原法直接制備賽隆空心球體，使用粉煤灰微珠作為原料，不僅原料成本低，生產(chǎn)工藝簡單，且制備出的賽隆呈空心球體，可作為耐火、隔熱、防護(hù)、增強(qiáng)等填充材料。
利用本發(fā)明的方法可以得到純度90±5％的、粒度＞43μm的空心賽隆球體，不需添加任何輔助調(diào)節(jié)材料，無需酸洗除鐵，制備工藝簡單，原料來源廣泛，價格低廉。本方法可以制備出純度在90±5％的Sialon空心球，有望成為汽車制造業(yè)和軍事工業(yè)優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)、低密度、耐高溫摩擦的高填充量的增強(qiáng)材料，這既可降低成本，發(fā)揮出其原料豐富、變廢為寶、價格低廉的優(yōu)勢，有利于環(huán)境保護(hù)。本發(fā)明如果對微珠進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋韺拥?、?qiáng)化而又保持其球形顆粒不變，可成為高強(qiáng)、高硬、耐高溫摩擦與高填充量的球形Sialon功能材料。本發(fā)明的賽隆空心球體由于其特有的空心結(jié)構(gòu)，不但具有賽隆粉末的耐磨、耐高溫、性能穩(wěn)定等性能，還具有低密度、質(zhì)輕等特點(diǎn)，可作為惰性保護(hù)噴涂材料，或耐高溫防護(hù)材料等。


圖1為本發(fā)明的第一種實(shí)施方式中的氮化后微珠的形貌圖；圖2為圖1中氮化后微珠的截面圖；圖3為本發(fā)明的第二種實(shí)施方式中氮化后微珠形貌圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例是采用河南豐源實(shí)業(yè)有限公司＞77μm粉煤灰微珠，其主要化學(xué)成分如下

(1)選用豐源實(shí)業(yè)粉煤灰空心微珠(粒徑＞77μm)為原料，將粉煤灰空心微珠與碳粉(活性碳或碳黑)按74∶26的重量配比混合均勻，過篩；(2)在流量為0.05-0.2L/min的高純氮?dú)?N2＞99.999％)氣氛下，升溫至1500℃，保溫6小時，隨爐冷卻，得粉料；(3)將制備的粉料在800℃氧化爐中保溫4-5小時，除去殘余的碳，即可得到β-賽隆空心球。
實(shí)施例2采用河南禹州電廠＞43μm粉煤灰微珠，其主要化學(xué)成分如下

(1)選用河南禹州電廠＞43μm為原料，將粉煤灰空心微珠與碳粉(活性碳或碳黑)按74∶26(共100份)的比例混合均勻，過篩；(2)在流量為0.05-0.2L/min的高純氮?dú)?N2＞99.999％)氣氛下，升溫至1450℃，保溫6小時，隨爐冷卻，得粉料；(3)將制備的粉料在800℃氧化爐中保溫4～5小時，除去殘余的碳，即可得到主要成分為0′-賽隆和β-賽隆的空心球。
由圖1可看出經(jīng)碳熱還原氮化后所形成的賽隆球體表面粗糙，但球形形貌基本可以維持；圖2顯示其為空心結(jié)構(gòu)；圖3顯示，實(shí)施例2中粉煤灰微珠氮化后所形成的賽隆球球形形貌保持完好。
最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種賽隆空心球的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)選用粉煤灰空心微珠為原料，將粉煤灰空心微珠與碳粉按重量配比為68-74∶32-26的比例混合均勻，過篩；(2)在流量為0.05-0.2L/min的高純氮?dú)鈿夥障?，以升溫速度?-300℃時自由升溫，300-1000℃時以5℃/min，1000-1300℃時以3℃/min，1300-1500℃時以2℃/min的速度升溫至1300-1500℃，保溫4-6小時，隨爐冷卻，得粉料；(3)將制備的粉料在750-850℃的氧化爐中保溫4-5小時，除去殘余的碳，即可得到賽隆空心球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的賽隆空心球的制備方法，其特征在于所述的粉煤灰空心微珠包括重量百分比為40-65％的SiO2及重量百分比為20-40％的Al2O3及重量百分比為1.0-5.0％的鐵的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的賽隆空心球的制備方法，其特征在于所述的微珠密度ρ為1.9-2.3g/cm3，粒徑＞43μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的賽隆空心球的制備方法，其特征在于所述的碳粉可以為活性碳或碳黑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的賽隆空心球的制備方法，其特征在于所述的碳粉的平均粒徑＜5μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的賽隆空心球的制備方法，其特征在于所述的氮?dú)獾募兌龋?9.999％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種賽隆空心球的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)選用粉煤灰空心微珠為原料，將粉煤灰空心微珠與碳粉按重量配比為68－74∶32－26的比例混合均勻，過篩；(2)在流量為0.05－0.2L/min的高純氮?dú)鈿夥障?，以升溫速度?－300℃時自由升溫，300－1000℃時以5℃/min，1000－1300℃時以3℃/min，1300－1500℃時以2℃/min的速度升溫至1300－1500℃，保溫4－6小時，隨爐冷卻，得粉料；(3)將制備的粉料在750－850℃的氧化爐中保溫4－5小時，除去殘余的碳，即可得到賽隆空心球。利用本發(fā)明的方法可以得到純度90±5％的、粒度＞43μm的空心賽隆球體，不需添加任何輔助調(diào)節(jié)材料，無需酸洗除鐵，制備工藝簡單，原料來源廣泛，價格低廉。
文檔編號C04B35/622GK101092305SQ20061001797
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者楊久俊, 張磊 申請人:鄭州大學(xué)