專利名稱：一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al₂O₃/β-Sialon復相粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備Α1203/β-Sialon復相粉體的方法，特別涉及一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/ β -Sialon復相粉體的方法。
背景技術(shù)：
SIALON是一類金屬氧化物在金屬氮化物中的固溶體，是20世紀70年代由日本的Oyama和英國的Jack Wilson在研究Si3N4材料添加劑時發(fā)現(xiàn)的，其中SIALON陶瓷(分為a -Sialon,O’-Sialon和β -Sialon)復合材料擁有出色的耐高溫、高強度、高硬度、耐磨損和抗腐蝕等特性，在宇航、能源、冶金、機械以及重大工程等領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景。但 是SIALON陶瓷復合材料通常選用Al2O3, Si3N4等昂貴的工業(yè)原料，生產(chǎn)成本較高，因此合理利用現(xiàn)有資源，選用一些低成本的原料來制備復相SIALON材料具有重要意義。我國是世界上藍晶石礦物原料品種齊全、資源豐富的國家。藍晶石礦化學式為Al2(SiO4)O,晶體屬三斜晶系的島狀硅酸鹽礦物，同族礦物有硅線石、紅柱石，是提取鋁、制造高級耐火材料、高強度輕質(zhì)合金、特件陶瓷、合成莫來石等礦物原料。在冶金、陶瓷、玻璃、機械、電力、化工等領(lǐng)域也有廣泛的應用。粉煤灰是火力發(fā)電廠用鍋爐燒煤排出的一種工業(yè)廢渣，大量的粉煤灰不僅需要大面積的土地來堆放，而且還嚴重影響自然環(huán)境。本發(fā)明中選用粉煤灰和藍晶石礦物作為原料，利用藍晶石礦物和粉煤灰中提供的Al，Si，N等元素，來合成制備SIALON和Al2O3的復相粉體材料，一方面利用低成本的天然礦物和工業(yè)廢棄物來合成SIALON復相陶瓷材料降低了 SIALON陶瓷材料的生產(chǎn)成本；另一方面也為我國礦產(chǎn)資源和工業(yè)廢棄物的高效綜合利用作出了貢獻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對SIALON復相陶瓷材料生產(chǎn)成本較高，提出一種工藝簡單、成本低、能耗低的利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/ β -Sialon復相粉體的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提出的一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/ β -Sialon復相粉體的方法，其特征在于采用粉煤灰和藍晶石為工業(yè)原料，焦炭(或炭黑粉，石墨等其他碳素材料)作為還原劑，并按一定比例混合，經(jīng)過混料，球磨，高溫加熱，冷卻等工藝后制備出Al2O3/β-Sialon復相粉體，本發(fā)明中，原料當中粉煤灰加入量占10wt% -50wt%，藍晶石加入量占20wt% _70wt%,焦炭粉(或炭黑粉,石墨等其他碳素材料)加入量占lwt% -60wt%。所述的藍晶石為市售原料,含氧化鋁大于50wt%，含氧化硅大于40wt%，粒徑小于IOOum ;粉煤灰為市售原料,含氧化招大于50wt%,含氧化娃大于30wt%,粒徑小于lOOum。氮氣為市售氮氣,其中N2含量大于99wt% ;焦炭粉為市售工業(yè)原料,或者為石墨或其他碳素材料，焦炭或代用品要求碳的含量大于90wt%,粒度范圍為50um-lmm。復相粉體的燒成溫度為1350°C -1500°C，保溫時間為1-6小時。
本發(fā)明所述的工藝過程為I)將藍晶石粉末，粉煤灰粉末和焦炭粉(或炭黑粉，石墨等其他碳素材料)粉末按照粉煤灰加入量占10wt% _50wt%、藍晶石加入量占20wt% _70wt%、焦炭粉(或炭黑粉，石墨等其他碳素材料)加入量占lwt% -60wt%的比例混合，放入球磨機中球磨1-24小時混合均勻。2)將混合均勻的粉末取出適量，放在焦炭紙上，將碳紙放入氣氛爐內(nèi)，充分抽真空后通入氮氣，在O. 13MPa流動氮氣保護氣氛中燒成燒成溫度為1300°C -1500°C，粉體在氣氛爐內(nèi)的升溫速率沒有特定要求，可以在800°C -1100°C的溫度范圍內(nèi)保溫一定時間，在最終的燒成溫度保溫1-6小時，自然冷卻至室溫，得到所述的Al2O3/β -Sialon復相粉體材料。本發(fā)明所述的工藝方法相對簡單，且所用原料成本低，能耗低，并為粉煤灰和藍晶石等礦物的充分利用提供了一種途徑?！?br> 具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明實施例I使用粉煤灰粉末和藍晶石粉末作為原料，焦炭作為還原劑。粉煤灰加入量為40wt%，藍晶石加入量為50wt%，焦炭加入量為IOwt%。燒結(jié)溫度為1350°C。將粉煤灰粉末、藍晶石粉末和焦炭按上述比例混合，將混合后的原料放入球磨罐中，并適量的添加稍許直徑為3-8_的瑪瑙球，將球磨罐放入行星球磨機中干法球磨7個小時，將原料混合均勻后取出，得到混合均勻的原料粉末，取出適量的原料放在碳紙上，并將碳紙放入氣氛爐中，充分抽真空后加入氮氣，在O. 13MPa流動氮氣保護氣氛中燒成，最高燒成溫度為1350°C，并在該溫度下保溫4小時，上述燒成產(chǎn)物在自然冷卻至室溫后即得到所述的Al2O3/ β -Sialon復相粉體材料。實施例2使用粉煤灰粉末和藍晶石粉末作為原料，石墨作為還原劑。粉煤灰加入量為35wt%，藍晶石加入量為60wt%，石墨加入量為5wt%。燒結(jié)溫度為1400°C。將粉煤灰粉末、藍晶石粉末和石墨按上述比例混合，將混合后的原料放入球磨罐中，并適量的添加稍許直徑為3-8_的瑪瑙球，將球磨罐放入行星球磨機中干法球磨5個小時，將原料混合均勻后取出，得到混合均勻的原料粉末，取出適量的原料放在碳紙上，并將碳紙放入氣氛爐中，充分抽真空后加入氮氣，在O. 13MPa流動氮氣保護氣氛中燒成，最高燒成溫度為1400°C，并在該溫度下保溫3小時，上述燒成產(chǎn)物在自然冷卻至室溫后即得到所述的Al2O3/ β -Sialon復相粉體材料。實施例3使用粉煤灰粉末和藍晶石粉末作為原料，碳黑作為還原劑。粉煤灰加入量為40wt%，藍晶石加入量為55wt%，碳黑加入量為5wt%。燒結(jié)溫度為1500°C。將粉煤灰粉末、藍晶石粉末和碳黑按上述比例混合混合，將混合后的原料放入球磨罐中，并適量的添加稍許直徑為3-8_的瑪瑙球，將球磨罐放入行星球磨機中干法球磨5個小時，將原料混合均勻后取出，得到混合均勻的原料粉末，取出適量的原料放在碳紙上，并將碳紙放入氣氛爐中，充分抽真空后加入氮氣，在O. 13MPa流動氮氣保護氣氛中燒成，最高燒成溫度為1500°C，并在該溫度下保溫2小時，上述燒成產(chǎn)物在自然冷卻至室溫后即得 到所述的Al2O3/ β -Sialon復相粉體材料。
權(quán)利要求
1.一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/β-Sialon復相粉體的方法，其特征在于以粉煤灰和藍晶石為原料，按一定比例混合均勻，加入適量或過量的焦炭(或炭黑粉，石墨等其他碳素材料)，在氮氣的氣氛下，高溫煅燒，得到所述的Al2O3/ β -Sialon復相粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/β -Sialon復相粉體的方法，其特征在于原料粉中按質(zhì)量百分比粉煤灰占10%-50%，藍晶石占20%-70%，焦炭粉(或炭黑粉，石墨等其他碳素材料)占1% _60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/β-Sialon復相粉體的方法，其特征在于藍晶石為市售原料，含氧化鋁大于50wt %，含氧化硅大于40wt %，粒徑小于IOOum ;粉煤灰為市售原料,含氧化招大于50wt%,含氧化娃大于30wt%,粒徑小于IOOum0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/β -Sialon復相粉體的方法，其特征在于所用氮氣為市售氮氣，其中隊含量大于99wt% ;所用焦炭粉為市售工業(yè) 原料，或者為石墨或其他碳素材料，焦炭或代用品要求碳的含量百分比大于90%，粒度范圍為 50um-lmmo
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/β -Sialon復相粉體的方法，其特征在于復相粉體的燒成溫度為1350°C -1500°C，保溫時間為1-6小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用粉煤灰和藍晶石制備Al2O3/β-Sialon復相粉體的方法，本發(fā)明是以粒徑小于100um的工業(yè)廢棄粉煤灰和市售藍晶石礦物作為原料，以焦炭(或炭黑粉，石墨等其他碳素材料)為還原劑，將三種原料按一定比例混合，在高溫和氮氣的氣氛下，通過碳熱還原氮化反應合成所述Al2O3/β-Sialon復相粉體。同現(xiàn)有的技術(shù)比較，本發(fā)明中提供的方法具有原料來源廣，綠色環(huán)保，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，本發(fā)明為藍晶石礦物和廢棄粉煤灰的合理利用提供了一種新的技術(shù)途徑。
文檔編號C04B35/626GK102826858SQ201210321568
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者曹曉煒, 劉艷改, 黃朝暉, 房明浩, 吳昊, 楊濤, 楊得鑫, 易帥 申請人:中國地質(zhì)大學(北京)