本发明专利技术涉及一种陶瓷材料技术领域的利用铝灰和高炉渣合成α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料的方法。本发明专利技术采用铝灰和高炉渣为原材料，利用铝灰中本身含有的金属铝，并添加金属硅作还原剂，通过铝热硅热复合还原氮化法合成Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料。本发明专利技术工艺简便，适用性广泛，通过将废铝灰和高炉渣这两种难以处理的废弃物，制备成具有广泛用途的Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料，既降低了生产Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料的成本，又利用了容易造成环境污染的废弃物。
Method for synthesizing alpha Sialon ceramic material by using aluminium ash and blast furnace slag
The invention relates to a method for synthesizing alpha Sialon ceramic material by using aluminum ash and blast furnace slag in the field of ceramic material technology. The invention adopts aluminum ash and blast furnace slag as raw materials, the use of metal aluminum in aluminum ash, and adding metal silicon as reductant, through the synthesis of Sialon ceramic material aluminum thermal silicon thermal reduction and nitridation method. The invention has simple process, wide applicability, the aluminum ash and blast furnace slag of the two to deal with the waste, preparation of Sialon ceramic material with wide application, not only reduces the production cost of Sialon ceramic materials, and the environmental pollution caused by waste easily.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种陶瓷材料
的材料的合成方法，具体是一种利用铝 灰和高炉渣合成a -Sialon陶瓷材料的方法。技术背景铝灰是电解铝生产过程中产生的废弃物，据统计，每生产1 000 t铝，就 要产生25t左右的铝灰。高炉渣是炼铁排放出的矿渣，随着钢铁工业的快速发 展，高炉渣的排放量日益增加。目前对这些废渣废灰的处理通常采用填埋和堆 积方式，既造成了资源浪费，同时也造成环境的污染，因此，加强对工业固体 废弃物的综合利用己势在必行。Sialon材料因其优越的力学性能、热学性能和 化学稳定性，被认为是极具发展潜力的高温结构陶瓷之一。采用纯净的化学原 料合成Sialon材料成本高，这使其商业应用受到限制。因此，采用低成本的方 法制备性能优异的Sialon材料具有广阔的应用前景。经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN1772703的中国专利公开了一 种利用含钛高炉渣制备TiN/(Ca,Mg) a ' -Sialon复相陶瓷材料的方法，以含钛 高炉渣为原料，采用碳热还原氮化的方法制备TiN/(Ca,Mg) a ' -Sialon复相陶 瓷材料。由于高炉渣成分的局限性，只能合成复相材料，未能合成单一的Sialon 陶瓷材料。检索中还发现，公开号为CN101066872的中国专利介绍了一种采用 20 96wt^的铝灰、0. 5 55wtX的铝矶土熟料细粉、0. 5 60wt^的Si(X细粉、 0 10wt^的金属铝细粉和0 43讨％的单质硅细粉为原料，制备Sialon复合陶 瓷材料的方法。该方法除铝灰外，需要采用较多的添加物，工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用铝灰和高炉渣合成 a-Sialon陶瓷材料的方法，使其克服一种固体废弃物成分、不易合成性能优异 的单相材料，由于铝灰的主要成分是A1203、 Si02和金属Al，而高炉渣的主要成分是CaO、 A1203、 Si02和MgO，采用铝灰和高炉渣为主要原料，在选择原料配比 的时候，比采用单一的废弃物为原料具有更大的灵活性。本专利技术是通过以下技术方案实现的，采用铝灰和高炉渣为原料，利用铝灰 中本身含有的金属铝，并添加金属硅作还原剂，通过采用铝热硅热复合还原氮 化法合成Sialon陶瓷材料，实现废铝灰和高炉渣的循环再利用和环境保护。本专利技术方法包括以下步骤第一步，将铝灰、高炉渣和金属硅按重量百分比分别为20% 60%， 5% 40%和20% 60%的范围内配比，三者之和为100%，外加重量百分比为2% 5X的Si美粉，混合均匀成型；第二步，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加温到70(TC 900°C、保温0.5 h 2h，再以2°C/min 5°C/min的升温速度加温到1000°C 1200°C、保温0. 5 h 2h，然后以2°C/min 5°C/min的升温速度加温到1250°C 135(TC、保温2h 5h，再以2°C/min 5°C/min的升温速度加温到1400°C 1500 °C、保温2 h 5h;第三步，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到ct-Sialon陶瓷材料。所述铝灰主要成份重量百分含量为Al^含量20 50%， Al含量15 40 %， Si02含量5 15X， Mg0含量5 15X， 1102含量1 3%， FeA含量2 5^， Ca0含量2 6X。所述高炉渣主要成分重量百分含量为CaO含量39.2X， AL03含量15. 9%， Si02含量34. 9%， Mg0含量7. 3%， MnO含量O. 63%， 6203含量0. 48%。 所述金属硅中Si重量百分含量大于97%。 所述Si具粉中a-Si3N4重量百分含量大于95X。本专利技术采用铝灰和高炉渣原位合成a-Sialcm陶瓷材料，工艺简便，适用性 广泛。通过将废铝灰和高炉渣这两种难以处理的废弃物，制备成具有广泛用途 的Sialon陶瓷材料，既降低了生产Sialon陶瓷材料的成本，又利用了容易造 成环境污染的废弃物，带来了广泛的综合社会效益和经济价值。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不 限于下述的实施例。 实施例1:废铝灰主要成份八1203含量37.38%, A1含量18.08X， Si02含量11.9X， MgO含量7.5。/。， Ti02含量2. 1%, FeA含量4. 1%， Ca03. 8%。高炉渣主要成分 CaO含量39. 2%， A1A含量15. 9%， Si02含量34. 9%， MgO含量7. 3%， MnO含 量0.63%， Fe203含量0.48%。金属硅主要成分Si含量97.5W。 5;1凡粉主要 成分a-Si3N4含量95X。按重量百分比废铝灰30%、高炉渣30%和金属硅40%分别称取原料，外加 重量百分比3%的Si具粉，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下 于反应炉中先加温到700。C 900。C、保温O. 5 h 2h，再以2°C/min 5°C/min 的升温速度加温到1000°C 1200°C、保温O. 5 h 2h，然后以2°C/min 5°C/min 的升温速度加温到1250°C 1350°C、保温2h 5h，再以2°C/min 5°C/min的 升温速度加温到1400°C 1500°C、保温2 h 5h，最后在氮气保护下自然冷却 到室温，得到a -Sialon陶瓷材料。通过X射线衍射分析，主要物相是a-Sialon相。实施例2:废铝灰主要成份八1203含量37.38%， A1含量18.08X， 5102含量11.9%， MgO含量7. 5%， Ti02含量2. 1%， FeA含量4. 1%， Ca03. 8%。高炉渣主要成分 CaO含量39. 2%， A1A含量15. 9%， Si02含量34. 9%， MgO含量7. 3%， MnO含 量O. 63%， FeA含量0.48%。金属硅主要成分Si含量97. 5%。 51凡粉主要 成分a-Si3N4含量95X。按重量百分比废铝灰30%、高炉渣25%和金属硅45%分别称取原料，外加 重量百分比3%的Si3R,粉，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下 于反应炉中先加温到70(TC 90(TC、保温O. 5h 2h，再以2°C/min 5°C/min 的升温速度加温到1000。C 1200。C、保温0. 5 h 2h，然后以2°C/min 5°C/min 的升温速度加温到125(TC 1350。C、保温2 h 5h，再以2°C/min 5°C/min的 升温速度加温到140(TC 150(TC、保温2 h 5h,最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到a-Sialon陶瓷材料。通过X射线衍射分析，主要物相是a-Sialon相。 实施例3:废铝灰主要成份AU)3含量37. 38%， A1含量18.08X， Si02含量11.9X， MgO含量7. 5%， Ti0s含量2. 1%， FeA含量4. 1%， Ca03. 8%。高炉渣主要成分 Ca0含量39. 2%， A1A含量15.9%， Si02含量34. 9%， Mg0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用铝灰和高炉渣合成α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料的方法，其特征在于，采用铝灰和高炉渣为原料，利用铝灰中本身含有的金属铝，并添加金属硅作还原剂，通过采用铝热硅热复合还原氮化法合成Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝德，李家镜，陈海，王俊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。