專利名稱：一種氧化鋯—莫來石復(fù)合粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于制造高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的原材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，氧化鋯復(fù)合材料得到了迅速發(fā)展，成為耐火材料領(lǐng)域中的重要材料。國內(nèi)外不少學(xué)者研究用氧化鋯增韌增強莫來石，以多相復(fù)合提高陶瓷材料的韌性。氧化鋯-莫來石復(fù)合材料具有特殊的顯微結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品中能形成微細(xì)的氧化鋯致密層。該材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高、熱膨脹系數(shù)小，具有很高的抗熱震性和抗侵蝕性，可廣泛的應(yīng)用作耐火材料、高溫結(jié)構(gòu)材料等。
氧化鋯-莫來石復(fù)合材料的制備方法主要有電熔法、燒結(jié)法、等離子法以及其它一些化學(xué)法等。由于天然的斜鋯石(ZrO2)的數(shù)量很少，因此在實際生產(chǎn)中主要以鋯英石(ZrSiO4)為原料生產(chǎn)氧化鋯-莫來石復(fù)合材料。
電熔法是將制好的原料，通常采用工業(yè)氧化鋁和天然鋯英石，在電弧爐中高溫熔化，然后經(jīng)過退火后得到料坯，將料坯粉碎成顆粒，經(jīng)酸洗后獲得電熔莫來石原料。電熔法制備氧化鋯-莫來石復(fù)合材料需要大量的電能，能耗高。為了使產(chǎn)品含大量的結(jié)晶相和最少量的玻璃相，要有合適的冷卻制度，操作繁瑣。盡管電熔氧化鋯-莫來石可以采用高純原料，但是由于需加入助熔劑和礦化劑等添加劑，以及電極損耗等仍有雜質(zhì)隨原料進(jìn)入電爐，主要包括Na2O、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等，這些雜質(zhì)的存在必然影響產(chǎn)品的使用性能。
反應(yīng)燒結(jié)氧化鋯-莫來石材料的生產(chǎn)原理是根據(jù)ZrSiO4-Al2O3系固相反應(yīng)來實現(xiàn)的，其化學(xué)反應(yīng)如下式
燒結(jié)法要求原料盡可能細(xì)、原料加工繁瑣。該方法受固相擴散機制控制，由于反應(yīng)不是均相反應(yīng)，產(chǎn)物的組成不均勻。并且該方法對原料的要求較高。同時在燒結(jié)過程中需加入礦化劑、促燒劑等添加劑，因此得到的產(chǎn)物純度有限。雜質(zhì)過高將嚴(yán)重影響材料的性能。
等離子體法是利用等離子弧所產(chǎn)生的高溫，將鋯英石和氧化鋁進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)制成氧化鋯-莫來石復(fù)合材料?；蛑苯訉営⑹纸猓玫揭环N細(xì)小的ZrO2分散相并被無定形SiO2玻璃相包裹的活性ZrSiO4產(chǎn)品，再與氧化鋁進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)制成ZrO2-莫來石復(fù)合材料。這種方法需要使用等離子爐這一特殊的專用設(shè)備，投資較大，并且運行復(fù)雜。
還有一些化學(xué)方法可以生產(chǎn)氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體，這些方法近似于溶膠凝膠法。這些方法生產(chǎn)出的氧化鋯-莫來石復(fù)合材料雖然純度高，但是原料需采用一些水溶性試劑，如氯氧化鋯、正硅酸乙酯等有機試劑(Monica Popa，JoséM.Calderón-Moreno，et al.Crystallizationof gel-derived and quenched glasses in the ternary oxide Al2O3-ZrO2-SiO2system.Journal ofNon-Crystalline Solids，297(2-3)，2002，290-300)。這些原料成本高、操作復(fù)雜，不適于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種成本低、投資小、操作簡單、生產(chǎn)周期短、能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)、具有較高純度和優(yōu)異顯微結(jié)構(gòu)的氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體的制備方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將干燥過的55～65wt％的鋯英石、35～45wt％的碳酸鈉或碳酸鉀混合后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在高溫爐內(nèi)于900～1000℃條件下保溫2～5小時，冷卻后取出；加入熱水后攪拌，用鹽酸或硫酸溶液調(diào)節(jié)pH值至5～7，然后進(jìn)行過濾、洗滌、干燥，得到的產(chǎn)物或為鋯硅酸鈉粉體、或為鋯硅酸鉀混合粉體。
再將25～35wt％的上述產(chǎn)物與65～75wt％的Al2(SO4)3混合，外加該混合物質(zhì)量的1～2倍鹽類原料，混勻后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在高溫爐內(nèi)于900～1000℃條件下保溫2～5小時，冷卻后溶解鹽類，最后進(jìn)行過濾、洗滌、烘干，得到氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體材料。
其中鋯英石中ZrO2含量＞63％、粒度＜20μm；碳酸鈉、碳酸鉀、Al2(SO4)3分別為分析純、化學(xué)純、工業(yè)原料中的一種；鹽類原料或為Na2SO4和K2SO4中的一種、或為Na2SO4和K2SO4的混合物。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有成本低、投資小、操作簡單、生產(chǎn)周期短、能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的特點。用本發(fā)明所制備的氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體具有較高純度晶體形貌好的特點，其中莫來石呈晶須狀、直徑為50～100nm、長度為2～5μm，氧化鋯呈球狀顆粒、直徑50～100nm。


圖1是用本發(fā)明所制備的一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體的掃描電子顯微形貌圖；圖2是用本發(fā)明所制備的一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體的掃描電子顯微形貌圖。
具體實施例方式
實施例1一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體的制備方法將鋯英石與碳酸鈉在烘箱內(nèi)干燥，在上述原料中鋯英石中ZrO2含量＞63％、粒度＜20μm，碳酸鈉為化學(xué)純化學(xué)試劑。
將60～64wt％的鋯英石和36～40wt％的碳酸鈉充分混勻后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在高溫爐內(nèi)于950～1000℃條件下保溫3～4小時，冷卻后取出。加入適量熱水，充分?jǐn)嚢?，用pH試紙測量溶液的酸度，反復(fù)加入HCl溶液，直至該溶液的pH值為7。然后經(jīng)過濾、熱水洗滌、干燥后可得到鋯硅酸鈉粉體。
再將28～33wt％的鋯硅酸鈉粉體、67～72wt％的Al2(SO4)3混合，外加該混合物質(zhì)量的1.5～2倍硫酸鈉；其中硫酸鈉、Al2(SO4)3均為分析純化學(xué)試劑。將上述混合物充分混勻后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在950～1000℃下保溫2～5小時。冷卻后加入適量水，經(jīng)加熱溶解可溶性鹽類。最后進(jìn)行過濾、熱水洗滌、烘干。即可得到如圖1所示的一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體。
本實施例具有操作簡單、投資少、成本低、生產(chǎn)周期短、能夠大量生產(chǎn)的特點。所制備的氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體如圖1所示，具有較高純度、晶體形貌好。其中莫來石呈晶須狀，直徑為50～100nm，長度為2～5μm；氧化鋯呈球狀顆粒，直徑50～100nm。
實施例2一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體的制備方法將鋯英石與碳酸鉀在烘箱內(nèi)干燥，在上述原料中鋯英石中ZrO2含量＞63％，粒度＜20μm。碳酸鉀為分析純化學(xué)試劑。
將52～57wt％的鋯英石、43～48wt％的碳酸鉀充分混勻后置于剛玉坩堝內(nèi)，在馬弗爐內(nèi)于950～1000℃條件下保溫3～4小時，冷卻后取出。加入適量熱水，充分?jǐn)嚢?。用pH試紙測量溶液的酸度，反復(fù)加入HCl溶液，直至該溶液的pH值為7。然后經(jīng)過濾、熱水洗滌、干燥后可得到鋯硅酸鉀混合粉體。
再將28～34wt％的鋯硅酸鉀粉體，66～72wt％的Al2(SO4)3，外加該混合物質(zhì)量的1.5～1.8倍質(zhì)量的硫酸鉀；其中硫酸鋁、硫酸鉀均為分析純化學(xué)試劑。將上述混合物充分混勻后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在950～1000℃下保溫2～5小時，冷卻后加入適量水，經(jīng)加熱溶解可溶性鹽類，最后進(jìn)行過濾、熱水洗滌、烘干。即可得到如圖2所示的一種氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體。
本實施例具有操作簡單、投資少、成本低、生產(chǎn)周期短、能夠大量生產(chǎn)的特點。所制備的氧化鋯-莫來石復(fù)合粉體如圖2所示，具有較高純度、晶體形貌好。其中莫來石呈晶須狀，直徑為50～100nm、長度為5μm；氧化鋯呈球狀顆粒，直徑50～100nm。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋯—莫來石復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于將干燥過的55～65wt％的鋯英石、35～45wt％的碳酸鈉或碳酸鉀混合后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在高溫爐內(nèi)于900～1000℃條件下保溫2～5小時，冷卻后取出；加入熱水，用鹽酸或硫酸溶液調(diào)節(jié)pH值至5～7，然后進(jìn)行過濾、洗滌、干燥；再將25～35wt％的上述產(chǎn)物與65～75wt％的Al2(SO4)3混合，外加該混合物質(zhì)量的1～2倍鹽類原料，混勻后置于剛玉質(zhì)容器內(nèi)，在高溫爐內(nèi)于900～1000℃條件下保溫2～5小時，冷卻后溶解鹽類，最后進(jìn)行過濾、洗滌、烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯—莫來石復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述的鋯英石中ZrO2含量＞63％、粒度＜20μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯—莫來石復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述的碳酸鈉、碳酸鉀、Al2(SO4)3分別為分析純、化學(xué)純、工業(yè)原料中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯—莫來石復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述的鹽類原料或為Na2SO4和K2SO4中的一種、或為Na2SO4和K2SO4的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋯—莫來石復(fù)合粉體的制備方法。其方案是將干燥過的55～65wt％的鋯英石、35～45wt％的碳酸鈉或碳酸鉀置于剛玉質(zhì)容器，在高溫爐內(nèi)于900～1000℃條件下保溫2～5小時，冷卻后取出。加入熱水，用鹽酸或硫酸溶液調(diào)節(jié)pH值至5～7，進(jìn)行過濾、洗滌、干燥。再將25～35wt％的上述產(chǎn)物與65～75wt％的Al
文檔編號C04B35/626GK1872789SQ20061001937
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者朱伯銓, 李雪冬, 范正赟 申請人:武漢科技大學(xué)