原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。其技術(shù)方案是：先將85~98wt%的鎂鋁水滑石、2~12wt%的水和0~4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110℃條件下干燥4~24小時，然后在1000~1800℃條件下保溫1~8小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。其中：所述鎂鋁水滑石的粒度≤0.5mm，鎂鋁水滑石中的Mg(4-6)Al2(OH)(12-16)(CO3)?4H2O含量≥90wt%。本發(fā)明制備工藝簡單，能得到組織結(jié)構(gòu)均勻的輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石材料，所制備的復(fù)合材料具有體積密度較小、強(qiáng)度較高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良的特點(diǎn)，能作為高溫陶瓷和耐火材料生產(chǎn)的原料和輕質(zhì)的優(yōu)質(zhì)耐火材料使用。
【專利說明】原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源的日益緊張，各國對高溫工業(yè)用節(jié)能材料的研制、生產(chǎn)和使用日益重視。輕質(zhì)耐火材料由于質(zhì)輕、氣孔率高、體積密度小和導(dǎo)熱率低的特點(diǎn)，在節(jié)能上優(yōu)勢明顯，因而在高溫工業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，起到了保溫和節(jié)能降耗的作用。
[0003]現(xiàn)有輕質(zhì)耐火材料的主要化學(xué)成分為氧化鋁和二氧化硅，屬于傳統(tǒng)的鋁硅系材料，材料的主要礦物為剛玉、莫來石、石英和玻璃相等。由于鋁硅系耐火原料在地球上儲備豐富，因而一直以來在保溫隔熱材料領(lǐng)域應(yīng)用上占有統(tǒng)治地位。但是，鋁硅系輕質(zhì)耐火材料屬于酸性或中性耐火材料，只適用于酸性和中性的工作環(huán)境，其在高溫使用過程中，容易與環(huán)境中的堿性物質(zhì)或材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致低熔相的產(chǎn)生，會嚴(yán)重影響輕質(zhì)材料的力學(xué)性能和使用壽命。因而，開發(fā)堿性輕質(zhì)材料以滿足堿性使用環(huán)境中對保溫和隔熱材料的需要成為關(guān)注重點(diǎn)之一。
[0004]目前，堿性輕質(zhì)材料的研究、制備和應(yīng)用已有報道，材料的主要組分為方鎂石和鎂鋁尖晶石，可以達(dá)到在堿性環(huán)境中使用的目的。其制備方法是:將菱鎂礦粉、輕燒氧化鎂粉、高鋁礬土粉、氫氧化鋁粉和可燒失物混合，外加水和結(jié)合劑攪拌均勻，經(jīng)成型、干燥、燒成、保溫和冷卻后制得。該類合成方法雖有其優(yōu)點(diǎn)，如材料主要礦相方鎂石和鎂鋁尖晶石的耐火性能優(yōu)良，抗堿性物質(zhì)侵蝕能力強(qiáng)，但存在的缺點(diǎn)也是明顯的，即制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的工藝比較復(fù)雜，如原料種類較多，混合時間長，對混合設(shè)備的性能要求較高，同時，采用機(jī)械混合的方式難以使各種原料分布均與，混合料中相關(guān)反應(yīng)的進(jìn)行并不充分，高溫?zé)珊?，難以得到顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分均勻的輕質(zhì)材料，達(dá)不到材料設(shè)計者的初衷，從而導(dǎo)致材料的物理性能不穩(wěn)定，保溫和隔熱效果難以滿足高溫工業(yè)需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單的原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法；用該方法制備的輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料體積密度小、強(qiáng)度高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良使用范圍廣。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:先將85、8wt%的鎂鋁水滑石、2^12wt%的水和(T4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4-24小時，然后在100(Tl80(rC條件下保溫f 8小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0007]上述技術(shù)方案中:所述鎂鋁水滑石的粒度< 0.5mm，鎂鋁水滑石中的Mg(4_6)Al2(0H)(12-16) (CO3) 4H20含量≥90wt% ;所述結(jié)合劑為糊精或?yàn)榫垡蚁┐?；所述成型方法為機(jī)壓成型或澆注成型。[0008]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明通過鎂鋁水滑石這一單一物相的原位分解反應(yīng)而得到方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料，避免了傳統(tǒng)合成輕質(zhì)材料方法中，采用多種原材料混合進(jìn)而反應(yīng)制備輕質(zhì)材料導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和組分不均的問題，工藝簡單。
[0009]典型的鎂鋁水滑石Mg6Al2 (OH) 16 (CO3) ` 4H20是一種天然存在的礦物，在催化劑、醫(yī)藥、化妝品、涂料和塑料加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。自然界中鎂鋁水滑石的存儲量有限，因而人們通過各種合成的方法來制備鎂鋁水滑石，主要合成方法包括:共沉淀法、離子交換法、焙燒還原法等。在鎂鋁水滑石的合成過程中，由于工藝控制和配料的差異，所得到的人工合成鎂鋁水滑石在化學(xué)成分上存在一定的差異，具體體現(xiàn)在Mg2+和OH—離子數(shù)量的差異上，其通式可用Mg (4-6) Al2 (OH) (12_16) (CO3).4Η20 來表示。
[0010]本發(fā)明中的鎂鋁水滑石分解后，釋放出二氧化碳和水蒸汽，在原位留下氣孔，材料的礦物組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。故本發(fā)明能得到組分和結(jié)構(gòu)均勻的輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明相對傳統(tǒng)合成輕質(zhì)材料的方法，制備工藝簡單，能得到組織結(jié)構(gòu)均勻的輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石材料，所制備的復(fù)合材料具有體積密度較小、強(qiáng)度較高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良的特點(diǎn)，不但能作為高溫陶瓷和耐火材料生產(chǎn)的原料，也能直接作為一種輕質(zhì)的優(yōu)質(zhì)耐火材料使用，適用范圍廣。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0013]本【具體實(shí)施方式】中:所述鎂鋁水滑石的粒度< 0.5mm;其中，Mg(4_6)Al2 (OH) (12_16)(CO3).4H20含量≥90wt%。實(shí)施例中不再贅述:
實(shí)施例1
一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。先將85、0wt%的鎂鋁水滑石、8~12wt%的水和2~4wt%的糊精混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4~8小時，然后在100(Tl30(rC條件下保溫51小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0014]本實(shí)施例中的成型為澆注成型。
[0015]實(shí)施例2
一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。先將9(T95wt%的鎂鋁水滑石、4~8wt%的水和f 2wt%的糊精混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥8~12小時，然后在130(Tl50(rC條件下保溫3飛小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0016]本實(shí)施例中的成型為澆注成型。
[0017]實(shí)施例3
一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。先將95、8wt%的鎂鋁水滑石和2~5wt%的水混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥12~16小時，然后在150(Tl70(rC條件下保溫廣3小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。[0018]本實(shí)施例中的成型為機(jī)壓成型。
[0019]實(shí)施例4
一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。先將85、0wt%的鎂鋁水滑石、8~12wt%的水和2~4wt%的聚乙烯醇混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥16~20小時，然后在170(Tl80(rC條件下保溫廣3小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0020]本實(shí)施例中的成型為澆注成型。
[0021]實(shí)施例5
一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法。先將9(T95wt%的鎂鋁水滑石、4~8wt%的水和0.2"2wt%的糊精混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥20-24小時，然后在160(Tl80(rC條件下保溫5~7小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0022]本實(shí)施例中的成型為澆注成型。
[0023]本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本【具體實(shí)施方式】通過鎂鋁水滑石這一單一物相的原位分解反應(yīng)而得到方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料，避免了傳統(tǒng)合成輕質(zhì)材料方法中，采用多種原材料混合進(jìn)而反應(yīng)制備輕質(zhì)材料導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和組分不均的問題，工藝簡單。
[0024]典型的鎂鋁水滑石Mg6Al2(OH)16(CO3).4H20是一種天然存在的礦物，在催化劑、醫(yī)藥、化妝品、涂料和塑料加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。自然界中鎂鋁水滑石的存儲量有限，因而人們通過各種合成的方法來制備鎂鋁水滑石，主要合成方法包括:共沉淀法、離子交換法、焙燒還原法等。在鎂鋁水滑石的合成過程中，由于工藝控制和配料的差異，所得到的人工合成鎂鋁水滑石在化學(xué)成分上存在一定的差異，具體體現(xiàn)在Mg2+和OH—離子數(shù)量的差異上，其通式可用 Mg(4_6)Al2 (OH) (12_16) (CO3) 4H20 來表示。
[0025]本【具體實(shí)施方式】中的鎂鋁水滑石分解后，釋放出二氧化碳和水蒸汽，在原位留下氣孔，材料的礦物組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。故本【具體實(shí)施方式】能得到組分和結(jié)構(gòu)均勻的輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
[0026]本【具體實(shí)施方式】相對傳統(tǒng)合成輕質(zhì)材料的方法，制備工藝簡單，能得到組織結(jié)構(gòu)均勻的輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石材料，所制備的復(fù)合材料具有體積密度較小、強(qiáng)度較高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良的特點(diǎn)，不但能作為高溫陶瓷和耐火材料生產(chǎn)的原料，也能直接作為一種輕質(zhì)的優(yōu)質(zhì)耐火材料使用，適用范圍廣。
【權(quán)利要求】
1.一種原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法，其特征在于所述方法是:先將85~98wt%的鎂鋁水滑石、2~12wt%的水和(T4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4~24小時，然后在100(Tl80(rC條件下保溫廣8小時，冷卻，即得輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法，其特征在于所述鎂鋁水滑石的粒度< 0.5_，鎂鋁水滑石中的Mg (4-6) Al2 (OH)







(12-16)(CO3).4H20 含量 > 90wt%o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法，其特征在于所述結(jié)合劑為糊精或?yàn)榫垡蚁┐肌?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解制備輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料的方法，其特征在于所述成型方法為機(jī)壓成型或澆注成型。
【文檔編號】C04B35/01GK103553672SQ201310519052
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】魏耀武, 徐華偉, 李歆琰 申請人:武漢科技大學(xué)