一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料及其制備方法，所述六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料是由含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料經(jīng)配制共磨，成型，燒結(jié)而成的，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Al2O386~94%，CaO3~11.5%，MgO0.5~5%。所述制備方法是將含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料按照設(shè)計的化學(xué)成分和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，共磨后再將所述原料經(jīng)高壓成型，并于1600~1750℃下保溫4~10h燒結(jié)合成六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料。本發(fā)明合成的復(fù)相材料同時兼有六鋁酸鈣和鎂鋁尖晶石，且合成的復(fù)相材料中六鋁酸鈣含量高。
【專利說明】一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料及其制備方法，屬于耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]六鋁酸鈣是CaO-Al2O3系中Al2O3含量最高的鋁酸鈣相，其理論密度為3.79g/cm3,熔點高于1800°C。近些年來，耐火材料工作者在六鋁酸鈣(Ca0*6Al203，CA6)的進一步研究中發(fā)現(xiàn)，六鋁酸鈣具有許多非常特殊的性質(zhì)，是其它材料所不具備的。由此，CaO-Al2O3-MgO系的材料的研究又被重新重視起來。
[0003]CaO-Al2O3-MgO系相圖是耐火材料工作者廣泛深入研究CaO-Al2O3-MgO系材料的理論依據(jù)?；贑aO-Al2O3-MgO系相圖研究的耐火材料領(lǐng)域，有鋼包澆注料，純的剛玉-尖晶石體系的水泥材料及純鋁酸鹽水泥(CA和CA2)等。
[0004]對于鋼包用的純的剛玉-尖晶石的水泥體系，其基質(zhì)體系的物相中就含有鎂鋁尖晶石和六鋁酸鈣兩相，因此出現(xiàn)了如何合成鎂鋁尖晶石-六鋁酸鈣的復(fù)相材料，像專利CN201110206043 “致密六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相耐火原料”、CN201010522693 “一種MgAl2O4-CaAl12O19復(fù)相耐高溫材料及其制備方法”等。
[0005]在目前合成六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料的專利中，所合成的復(fù)相材料基本上都是以白云石和工業(yè)氧化鋁等為原料，且配料點的范圍位于附圖1中的紅色線段上。
[0006]白云石是天然原料，成本較低；其礦物組成為碳酸鈣與碳酸鎂(CaCO3與MgCO3的比例大致為 1:1)，分子式為 CaCO3.MgCO3，理論組成為 CaO 30.41%,MgO 21.87%、CO2 47.72%，CaO/MgO 比為 1.39。
[0007]在以白云石和氧化鋁為原料所合成復(fù)相材料的物相中，復(fù)相材料的物相是隨配料組成點的變化而變化的。在附圖1中的三角形A的左面，即氧化鋁含量較少的組成范圍中，合成復(fù)相材料的物相中不會出現(xiàn)六鋁酸鈣，相反會出現(xiàn)一鋁酸鈣以及一些液相(高溫時)。如果只考慮附圖1中的紅色線段處于三角形A、B、C中，按理論分析，則合成的物相將是:
(1)配料組成處于三角形A中，合成后的物相為MA(Mg0.Al2O3)、CA6 (Ca0.6A1203)、CA2 (Ca0.2A1203)；
(2)配料組成處于三角形B中，合成后的物相為MA和CA6；
(3)配料組成處于三角形C中，合成后的物相為MA、CA6和Al2O3；
對于組成點位于紅色線段的右端，則合成復(fù)相材料的物相中，大部分應(yīng)為剛玉，六鋁酸鈣和鎂鋁尖晶石的含量都不會很高。同樣，組成點位于三角形A中的左端，其合成復(fù)相材料的物相中，六鋁酸鈣的物相含量也不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 六鋁酸鈣是CaO-Al2O3 二元系中Al2O3含量最高的鋁酸鈣相，在近些年的研究中發(fā)現(xiàn)，六鋁酸鈣具有許多非常特殊的性質(zhì)。
[0009]目前，六鋁酸鈣的合成基本上以白云石和工業(yè)氧化鋁等為原料，配料點都是非常接近CA6的理論比例；然而，嚴(yán)格讓配料點處于靠近CAJS論比例的難度非常大，因為合成六鋁酸鈣所需原料中的雜質(zhì)會使配料點偏離CA6理論比例。而本發(fā)明的目的在于，合成出基于六鋁酸鈣為主，兼有鎂鋁尖晶石，且復(fù)合材料體積密度為2.8^3.3g/cm3的六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料。
[0010]基于上述【背景技術(shù)】分析，本發(fā)明提供一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，是由含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料經(jīng)配制共磨，成型，燒結(jié)而成的，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為=Al2O3 86~94%，CaO 3~11.5%, MgO 0.5~5%。
進一步的，所述復(fù)相材料的物相組成為六鋁酸鈣和鎂鋁尖晶石，其中六鋁酸鈣占為主要物相，且該復(fù)合材料體積密度為2.8^3.3g/cm3。
[0011]進一步的，所述含Al2O3的原料為氫氧化鋁、工業(yè)氧化鋁及活性氧化鋁微粉的其中一種或幾種；含CaO的原料可以為氫氧化鈣或碳酸鈣；所述白云石類原料為白云石或富鎂白云石。
[0012]本發(fā)明合成該復(fù)相材料的理論和原理如下:
在三角形B中，靠近CA6區(qū)域的范圍很小，嚴(yán)格讓配料點處于三角形B靠近CA6處的難度非常大，因為白云石或氧化鋁等原料中的雜質(zhì)含量波動都會讓配料點移除該三角形。另外，配料點落在三角形A或三角形C靠近CA6的區(qū)域時，其最終合成復(fù)相材料的物相也主要是CA6，因此，為合成出六鋁酸鈣含量較高，鎂鋁尖晶石少量，且兼有較高密度的復(fù)相材料，可以將配料點選在如附圖2中的標(biāo)色區(qū)域，該區(qū)域包括三角形B及三角形A和三角形C的靠近CA6的部分區(qū)域；即在CaO-Al2O3-MgO系三元相圖中MA+CA2+CA6區(qū)域，MA+CA6區(qū)域及MA+CA6+A1203區(qū)域中靠近CAjS論組成的區(qū)域，其化學(xué)成分區(qū)域為(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))=Al2O386~94%，CaO 3^11.5%, MgO 0.5飛％。這樣，合成的復(fù)相材料同時兼有六鋁酸鈣和鎂鋁尖晶石，且合成的復(fù)相材料中六鋁酸鈣含量高。
[0013]所述六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料的制備方法包括:
將含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料按照如下化學(xué)成分和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，Al2O3 86~94%，CaO 3~8%，MgO 0.3~5%配入，共磨2~10h、再經(jīng)高壓(1MPa~200MPa)成型，于160(Tl75(rC下保溫4~10h燒結(jié)合成六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，其中含Al2O3的原料為氫氧化鋁、工業(yè)氧化鋁、活性氧化鋁微粉等；含CaO的原料可以為氫氧化鈣、碳酸鈣等；白云石類原料為白云石、富鎂白云石等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1:Mg0、Al203、Ca0三元相圖局部放大圖；
圖2:發(fā)明所述組分配料在三元相圖中的位置示意圖。
[0015]

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]圖2為本發(fā)明所述組分配料在三元相圖中的位置示意圖，結(jié)合附圖對本發(fā)明的思想和理論詳述如下:本專利提出合成該復(fù)相材料的思想和理論如下:在三角形B中，靠近CA6區(qū)域的范圍很小，嚴(yán)格讓配料點處于三角形B靠近CA6處的難度非常大，因為白云石或氧化鋁等原料中的雜質(zhì)含量波動都會讓配料點移除該三角形。另外，配料點落在三角形A或三角形C靠近CA6的區(qū)域時，其最終合成復(fù)相材料的物相也主要是CA6，因此，為合成出六鋁酸鈣含量較高，鎂鋁尖晶石少量，且兼有較高密度的復(fù)相材料，可以將配料點選在如附圖2中的標(biāo)色區(qū)域，該區(qū)域包括三角形B及三角形A和三角形C的靠近CA6的部分區(qū)域；即在CaO-Al2O3-MgO系三元相圖中MA+CA2+CA6區(qū)域，MA+CA6區(qū)域及MA+CA6+A1203區(qū)域中靠近CAjS論組成的區(qū)域，其化學(xué)成分區(qū)域為(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))=Al2O386~94%，CaO 3~11.5%, MgO 0.5~5%。
[0018]這樣，合成的復(fù)相材料同時兼有六鋁酸鈣和鎂鋁尖晶石，且合成的復(fù)相材料中六鋁酸鈣含量高。
[0019]所述六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料的制備方法包括:
將含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料按照如下化學(xué)成分和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，Al2O3 86~94%，CaO 3~8%，MgO 0.3~5%配入，共磨2~10h、再經(jīng)高壓(1MPa~200MPa)成型，于160(Tl75(rC下保溫4~10h燒結(jié)合成，其中含Al2O3的原料為氫氧化鋁、工業(yè)氧化鋁、活性氧化鋁微粉等；含0&0的原料可以為氫氧化鈣、碳酸鈣等；白云石類原料為白云石、富鎂白云石等。
[0020]實施例1
以氫氧化招、碳酸鈣和白云石為原料，按照合成后的化學(xué)成分Al2O3 90%, CaO 6%, MgO4%進行配料，酒精濕磨5h、經(jīng)1MPa成型后經(jīng)1650°C高溫?zé)Y(jié)而成。合成出的復(fù)相材料的物相是以六鋁酸鈣為主，同時含有部分鎂鋁尖晶石，且體積密度為2.8^3.3g/cm3。
[0021]實施例2
以工業(yè)氧化鋁、氫氧化鈣和富鎂白云石為原料，按照合成后的化學(xué)成分Al2O3 90%, CaO6%, MgO 4%進行配料，酒精濕磨5h、經(jīng)1MPa成型后經(jīng)1650°C高溫?zé)Y(jié)而成。合成出的復(fù)相材料的物相是以六鋁酸鈣為主，同時含有部分鎂鋁尖晶石，且體積密度為2.8^3.3g/cm3。
[0022]實施例3
以活性氧化鋁、碳酸鈣和白云石為原料，按照合成后的化學(xué)成分Al2O3 90%, CaO 6%，MgO4%進行配料，酒精濕磨5h、經(jīng)1MPa成型后經(jīng)1650°C高溫?zé)Y(jié)而成。合成出的復(fù)相材料的物相是以六鋁酸鈣為主，同時含有部分鎂鋁尖晶石，且體積密度為2.8^3.3g/cm3。
[0023]實施例4
以工業(yè)氧化鋁、氫氧化鈣和白云石為原料，按照合成后的化學(xué)成分Al2O3 90%，CaO 6%，MgO 4%進行配料，酒精濕磨5h、經(jīng)1MPa成型后經(jīng)1650°C高溫?zé)Y(jié)而成。合成出的復(fù)相材料的物相是以六鋁酸鈣為主，同時含有部分鎂鋁尖晶石，且體積密度為2.8^3.3g/cm3。
[0024]實施例5
以工業(yè)氧化鋁、碳酸鈣和白云石為原料，按照合成后的化學(xué)成分Al2O3 90%, CaO 6%，MgO4%進行配料，酒精濕磨5h、經(jīng)1MPa成型后經(jīng)1650°C高溫?zé)Y(jié)而成。合成出的復(fù)相材料的物相是以六鋁酸鈣為主，同時含有部分鎂鋁尖晶石，且體積密度為2.8^3.3g/cm3。
【權(quán)利要求】
1.一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，其特征在于:所述六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料是由含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料經(jīng)配制共磨，成型，燒結(jié)而成的，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為=Al2O3 86~94%，CaO 3~11.5%，MgO 0.5~5%。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，其特征在于:所述復(fù)相材料的物相組成為六鋁酸鈣和鎂鋁尖晶石，其中六鋁酸鈣占為主要物相，且該復(fù)合材料體積密度為 2.8~3.3g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利I或2所述的六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，其特征在于含Al2O3的原料為氫氧化鋁、工業(yè)氧化鋁及活性氧化鋁微粉的其中一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利I或2所述的六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，其特征在于含CaO的原料可以為氫氧化鈣或碳酸鈣。
5.根據(jù)權(quán)利I或2所述的六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料，結(jié)構(gòu)致密，其特征在于白云石類原料為白云石或富鎂白云石。
6.一種六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料的制備方法，其特征在于:將含Al2O3的原料、含CaO的原料以及白云石類原料按照如下化學(xué)成分和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，Al2O3 86^94%,CaO 3~8%，MgO 0.3~5%，共磨2~10h、再將所述原料經(jīng)1MPa~200MPa的高壓成型，后于160(T175(TC下保溫4~10h燒結(jié)合成六鋁酸鈣_鎂鋁尖晶石復(fù)相材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的六鋁酸鈣-鎂鋁尖晶石復(fù)相材料的制備方法，其特征在于:所述含Al2O3的原料為氫氧化鋁、工業(yè)氧化鋁、活性氧化鋁微粉中的一種或幾種；含0&0的原料為氫氧化鈣或碳 酸鈣；白云石類原料為白云石或富鎂白云石。
【文檔編號】C04B35/66GK104072170SQ201410332363
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】陳俊紅, 宿金棟, 李斌, 李曉萍, 劉文娜, 楊樹磊, 孫秀芹, 杜雨潔, 閆明偉, 祁圣堃 申請人:北京科技大學(xué)