本发明专利技术提供了一种堇青石耐热／耐火材料的制备方法，即：将锂铝硅系统玻璃粉末掺入到制备堇青石耐热／耐火材料原料中，并与它们一同球磨混合、加工而成，该材料中包含了堇青石晶相与锂铝硅系统微晶玻璃晶相。利用该方法制备的耐热／耐火材料，不仅质量好、性能高，而且能耗有所降低，其烧成温度比传统方法平均降低１００～１２０℃，烧成温度范围扩大了８０～１００℃，同时工艺简单、实用和可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用锂铝硅系统微晶玻璃结合堇青石制备耐热/耐火材料的方法，该材料 特别适用于耐火度小于120(TC的家用电器耐火板的制备。
技术介绍
以堇青石为主晶相的耐热或耐火材料，具有非常优异的性能。由于质轻、导热系数低， 使用温度相对较高而被直接用在火焰面上，从而达到了高效节能的效果。也有的被用在冷 热交换频率较高的热交换器上，如耐用热锅，煤气炉上的耐热瓷、蜂窝灶头等。堇青石材料的发展有一百多年的历史。1899年，L.Morozewic首先获得的人工晶体 "Cordierite"，即堇青石。1918年，Rankin及Merwin在研究MgO-Al203-Si02三元系统 的过程中，合成了a —型三元化合物，并认为a —型与L.Morozewicz合成的堇青石相同， 与天然堇青石也相同。1955年Miyashiroetal的研究结果表明a —堇青石是六方晶系，P 一堇青石可能是斜方晶系，两者都与天然堇青石不同。在矿物学上，采用光学和XRD的 方法确定了 a —型与e —型堇青石之间的差别，化学式Mg2Al4Si5Ch8有两个同质多晶变 体系列 一个是六方晶系，另一个是正交晶系。之后，大量研究人员对堇青石的性能进行 了深入的研究，尤其是堇青石良好的热稳定性和低的膨胀系数倍受关注。实际生产中，20 世纪80年代末，已生产出性能比较优良的低膨胀堇青石制品，堇青石制品的质量R益提 高。例如美国康宁公司生产的堇青石质蜂窝陶瓷，其热膨胀系数(Rt 100(TC)为1.0 1.2xlO—6厂C，抗热震性达到700'C。综合国内外有关堇青石材料的研究与制备可以发现，制备堇青石材料的主要原料，配 比为SiO2-50.15%， Al2O3-34.04%， MgO-13.46%，在1350。C的条件下烧成3个小时以上， 就能够制备出膨胀系数为1.6 — 2.4xlO—，C (22 800。C)的堇青石。堇青石质陶瓷以堇青石晶体为主晶相。堇青石陶瓷耐热耐火材料通常采用两种方法制 造， 一种是熔融玻璃结晶法，另一种是粉末原料烧结法。熔融玻璃结晶法是将混合均匀的配合料经高温熔融形成玻璃，成型后，再进行热处理 析出晶体而制成堇青石质陶瓷。这种方法要求玻璃熔制均匀，无气泡，熔融温度也应高， 达1600'C以上。粉末原料烧结法则在相对低温下进行熔制，水淬后磨成细粉，成型后进 行烧结而制得堇青石质陶瓷，该法烧成温度可控制在145(TC以下进行。烧结合成的堇青石质材料是以滑石、高岭土或粘土以及氧化铝等为原料，将三种原料 按适当比例混合配制，在烧制过程中形成合成堇青石。为降低在烧制过程中形成合成堇青 石的热膨胀系数，选定适当的生料组成是很重要的，通常合成堇青石的原料配比均根据堇 青石相图得出，该组成区域在Si02-Al203-MgO系相图中以堇青石结晶相组成点(2Mg02 Al2035Si02)为中心的狭小组成范围，有资料显示，若其化学组成点在分别靠近富MgO侧、富Al203侧的若干组成点，则堇青石陶瓷将有更低的热膨胀系数。通常，生料混合物的配 合比(按重量计)为30%-50%的A1203、 8y。-20。/。的MgO， 40%-60%的Si02，并可进行一 定的调节。由于天然堇青石数量少，性能差。要使制品既具有一定的强度，又有较长的使用寿命， 并朝着节能、优质、高产的方向发展， 一般须采用高纯超细的A1203 、 MgO和Si02粉合 成高纯堇青石，烧成温度高达1350 144CTC。原料成本高、能源消耗大，所以高纯堇青 石合成原料的售价很高，因而不能广泛的应用。高纯度的原料，能够合成出高纯度的堇青 石，但是原料纯度高，杂质少，晶体中形成的杂质缺陷的浓度低，不利粒子的扩散，这样 使固相反应速度慢，烧结致密度差，影响了堇青石材料的强度和使用寿命。原料中某些杂 质的存在，不仅可以提高堇青石的烧成温度范围，而且大大提高了堇青石材料的使用寿命。堇青石质制品的工艺特点是堇青石的生成温度高(140(TC左右)，而熔点低U46(TC 左右分解为莫来石和含镁液相)，造成堇青石质制品的烧成温度范围窄。在较低的温度下 没有明显数量的堇青石生成，制品不能烧结；提高煅烧温度，会导致大量玻璃相生成，降 低堇青石质制品的热稳定性。烧成堇青石的温度范围是狭窄的，因而事实上，生产过程中常加入如Na20， K20， CaO， BaO， Fe203和Ti02等少量杂质，它们既能降低熔化温度又能扩大熔化范围。CaO、 Na20、 K20、 Fe203等均能不同程度的参与堇青石晶体结构的形成，CaO、 Fe203可取代 Mg^形成置换型固溶体。由于C^+离子半径大于Mg^，进入堇青石后，造成晶格畸变， 形成应力空位，从而可降低合成温度，使烧结温度范围变宽。适量的Fe203可以拓宽烧成 范围，但当Fe2O3超过0.65。/。时，则热膨胀系数会急剧上升。Ti02, BaO， Zr02等均能不 同程度的降低热膨胀系数。这些外加剂的引入即可改善和促进堇青石的烧结，又可提高材 料的抗热震能力。目前在堇青石耐热/耐火材料的烧成方面存在①烧成温度高达1360 1440'C;②烧 成堇青石的温度范围狭窄，工业生产非常难控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对以上粉末原料烧结法制备堇青石耐热/耐火材料 所存在的问题，提供一种新型的适于工业化生产方法，以期制备出具有良好质量、性能及 使用寿命的堇青石耐热/耐火材料。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是将锂铝硅系统玻璃粉末掺入到制备堇青石 耐热/耐火材料原料中，并与它们一同球磨混合、加工而成。具体是采用以下步骤的方法(1) 配料按重量计，先称取Al2O3 30 50%、 MgO8 20%、 SiO240 60%，再按 每次称取的原料总质量的5 25%掺入锂铝硅系统玻璃粉末，得混合物；(2) 球磨混合将混合物放入球磨机中，再按混合物总质量计，加入35 50%的水、 1 3%的有机添加剂进行混合、研磨10 16小时，然后经300目筛过滤，得料浆；(3) 制备坯体对料浆进行喷雾干燥和造粒后，经压制成型得坯体；(4)坯体烧结由室温逐歩升至1240 136(TC对坯体进行烧结，并保温2 5小时，再逐步冷却至室 温，得到所述的堇青石耐热/耐火材料。本专利技术与现有粉末原料烧结法制备堇青石材料方法相比，其优点主要是通过掺入锂铝硅系统玻璃粉末，综合利用该粉末与堇青石这两种材料的特点与优势，在相对较低与宽 泛的温度下，制备出具有良好质量和性能以及较长使用寿命的耐热/耐火材料，该材料中 包含了堇青石晶相与锂铝硅系统微晶玻璃的两个主要晶相。利用本方法制备的耐热/耐火材料，其烧成温度比传统方法平均降低100 120°C，烧成温度范围扩大了 80 100°C,因 此能耗有所降低。锂铝硅系统玻璃粉末的掺入量可以控制在每次配料总质量的5% 25%。 本方法工艺简单、实用、可靠，适于工业化生产。 具体实施例方式本专利技术提供的制备堇青石耐热/耐火材料方法是将锂铝硅系统玻璃粉末掺入到制备 堇青石耐热/耐火材料原料中，并与它们一同球磨混合、加工而成。 具体是采用以下步骤的方法(1) 配料以高岭土、氧化铝、滑石粉为主要原料，根据其中各种氧化物的含量进行配方计算，得到配本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种堇青石耐热／耐火材料的制备方法，其特征是将锂铝硅系统玻璃粉末掺入到制备堇青石耐热／耐火材料原料中，并与它们一同球磨混合、加工而成，具体是采用以下步骤的方法： （１）配料：按重量计，先称取Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］３０～５０％、ＭｇＯ８～２０％、ＳｉＯ↓［２］４０～６０％，再按每次称取的原料总质量的５～２５％掺入锂铝硅系统玻璃粉末，得混合物； （２）球磨混合：将混合物放入球磨机中，再按混合物总质量计，加入３５～５０％的水、１～３％的有机添加剂进行混合、研磨１０～１６小时，然后经３００目筛过滤，得料浆； （３）制备坯体：对料浆进行喷雾干燥和造粒后，经压制成型得坯体，坯体的形状可以是片状、条状或块状； （４）坯体烧结： 由室温逐步升至１２４０～１３６０℃对坯体进行烧结，并保温２～５小时，再逐步冷却至室温，得到所述的堇青石耐热／耐火材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何峰，谢俊，程金树，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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