一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法。具体技术方法为：利用工业氧化镁和氧化铝粉末为原料，经球磨、混匀和干燥后加入稀土化合物，经成型后进行烧结，随炉冷却即可获得产品。与传统方法相比，该方法经一步烧结即可获得产品，流程短，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产。且在反应烧结制备镁铝尖晶石材料的过程中，原位形成了稀土铝(硅)酸盐棒状晶，大幅度改善了镁铝尖晶石基体材料的性能和显微结构。

A preparation method of rare-earth aluminum (silicon) acid salt bar crystal reinforced magnesia alumina spinel

The invention provides a preparation method of rare-earth aluminum (silicon) acid salt bar crystal reinforced magnesia alumina spinel material. The specific method is: use Magnesium Oxide technology and industrial alumina powder as raw materials by ball milling, blending and drying after adding rare earth compounds, forming after sintering furnace cooling products can be obtained. Compared with the traditional method, this method can get the product through one step sintering, the process is short, the process is simple, the cost is low, and it is easy to realize the industrial production. In the process of preparing magnesia alumina spinel material by reaction sintering, the rare-earth aluminum (silicon) salt rod crystal has been formed in situ, which greatly improves the properties and microstructure of magnesia alumina spinel matrix material.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法
本专利技术属于钢铁冶金耐火材料制备
，涉及一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法。
技术介绍
随着现代科技的发展，市场对钢材的要求越来越高，并由此衍生出了具备各种特殊性能的钢材。这类具备特殊性能的优质钢对冶炼也提出了更高的要求。以超低碳钢为例，超低碳钢目前是钢材市场的高端产品，具有优异的深冲性能、防腐性能及较高的强度，受到汽车行业的广泛青睐，国内外市场需求潜力巨大。为了提高钢材的质量和洁净度，超低碳钢的生产需要配备优质环保长寿的耐火材料尤其是连铸系统功能耐火材。过去使用在连铸滑板和水口等部件的耐火材料是Al2O3-C基耐火材料，主要成分为电熔刚玉和天然石墨。这类材料虽然具有优异的耐侵蚀和抗热震性能，但其含碳量较高，约为10％～30％。在连铸过程中，当超低碳钢水与Al2O3-C基耐火材料接触时，其中的石墨可直接溶于钢水，造成增碳，且含碳量越高，增碳作用越大。此外，生产Al2O3-C基耐火材料时常添加熔融石英和碳化硅，以提高其抗热震性。含碳耐火材料中的C、SiO2和SiC与钢水脱氧剂Al、Ti间可发生反应，生成[C]、[Si]及Al2O3和TiO2夹杂物。由上述可知，Al2O3-C基耐火制品极易对钢水增碳、增硅和氧化物夹杂，污染钢水，降低其纯净度。选用低碳低硅、无碳无硅的耐火材料制作连铸部件，可降低C、Si及夹杂物对钢水的污染，为生产高质量超低碳钢提供了先决保障。目前，备受国内外学者关注的此类材料包括MgAl2O4、Al2O3-Sialon、ZrO2-CaO-SiO2-C和ZrO2-ZrB2-C等。MgAl2O4陶瓷因具有耐火度高、抗渣能力强、介电特性高和电绝缘特性好等特点，备受冶金、化工及电子信息等领域的关注。稀土元素具有化学性质活泼、极化能力强、电价高及半径大等特性，其氧化物也具备许多优异性能，从而被广泛应用于高温结构陶瓷、光学陶瓷及电子陶瓷等领域以达到改善材料性能的目的，探索引入添加剂来优化镁铝尖晶石陶瓷的使用性能和显微结构，以便其能更好的满足实际应用环境的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种引入稀土化合物原位形成稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法。以工业氧化镁粉和氧化铝粉为原料，稀土氧化物为添加剂，利用反应烧结法一步制备镁铝尖晶石复合材料。在高温烧结过程中，稀土化合物添加剂与原料中的Al2O3组分及SiO2杂质反应，原位生成稀土铝(硅)酸盐棒状晶，以增强镁铝尖晶石复合材料，改善其综合性能及显微结构。本专利技术的技术方案包括：混料、成型、烧结三个过程。具体步骤如下：(1)混料：将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔比1：1配比进行混粉，加入无水乙醇进行球磨。球磨完成后取出进行干燥。(2)成型：以干燥后的混合粉末为基准，分别加入质量分数为0～20％的稀土添加剂，混匀后加入无水乙醇，将混匀的粉料进行成型。将成型后的样品干燥。(3)烧结：干燥后样品置于高温炉中于设定温度下烧结，保温结束后试样随炉冷却至室温，即可获得镁铝尖晶石复合材料。所述的原料中工业氧化镁粉粒度≤0.08mm，纯度≥95％，主要成分为氧化镁，杂质为氧化硅和氧化钙；氧化铝粉粒度≤0.05mm，纯度≥99％。所述的稀土氧化物添加剂为氧化镧、氧化钐、氧化钇和三氧化二铌，纯度≥99％。所述的球磨机为行星式球磨机，转速200～400r·min-1，单向运行，球磨时间2～10h。所述的成型方式为模压成型、等静压成型。所述的成型压力为100～300MPa。所述的高温炉为箱式高温电阻炉、管式高温电阻炉和隧道窑。所述的烧结温度为1600～1800℃。所述的保温时间为2～10h。本专利技术提供了一种以工业氧化镁和氧化铝粉末为原料，稀土氧化物作为添加剂，利用反应烧结法一步制备稀土铝(硅)酸盐增强镁铝尖晶石材料的方法。与传统方法相比，该方法经一步烧结即可获得产品，流程短，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产。在镁铝尖晶石基体材料烧结制备过程中，原位生成了铝(硅)酸盐棒状晶，大幅度改善了基体材料的烧结性能、力学性能和热学性能。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术的技术方案进行清晰完整地描述，但是，本专利技术并不局限于以下实施例，所述只是适用本专利技术的部分实例。实施例中所用药品，除特殊说明皆为市购。实施例1(1)将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔比1：1进行配料，混匀后的粉料与氧化锆磨球按1：2加入球磨罐，无水乙醇加入球磨罐三分之二处，在行星式球磨机中以300r·min-1的速度球磨3h。将球磨完后的粉料放入干燥箱进行干燥，干燥温度设为120℃。(2)取出干燥完毕后的粉末，加入适量无水乙醇将粉料进行模压成型，成型压力为200MPa，成型后试样尺寸约为放入干燥箱进行干燥，干燥温度设为120℃。(3)将干燥完成后的试样置于高温管式炉中于1680℃烧结4h，保温结束后冷却至室温。据检测，表面存在明显气孔，致密度低，且无稀土铝(硅)酸盐棒状晶形成。显气孔率为24.8％，体积密度2.4g·cm-3，体积收缩率5.3％。常温耐压强度仅134MPa，在1400℃至室温下空冷热震循环次数为14次。实施例2(1)将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔质量比1：1进行配料，混匀后的粉料与氧化锆磨球按1：2加入球磨罐，无水乙醇加入球磨罐三分之二处，在行星式球磨机中以400r·min-1的速度球磨3h。将球磨完后的粉料放入干燥箱进行干燥，干燥温度设为120℃。(2)取出干燥完毕后的基体粉末，加入质量分数5％的Sm2O3+La2O3混合稀土氧化物，用研钵混合均匀后加入适量无水乙醇，将混匀的粉料进行模压成型，成型压力为200MPa，成型后试样尺寸约为放入干燥箱进行干燥，干燥温度设为120℃。(3)将干燥完成后的试样置于超高温管式炉中于设定温度1680℃烧结4h，保温结束后冷却至室温。据检测，试样中有少量稀土铝酸盐棒状晶生成，平均长径比为7左右。显气孔率约为13.8％，体积密度2.9g·cm-3，体积收缩率为21％，常温耐压强度175MPa，在1400℃至室温下空冷热震循环达15次。实施例3(1)将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔质量比1：1进行配料，混匀后的粉料与氧化锆磨球按1：2加入球磨罐，无水乙醇加入球磨罐三分之二处，在行星式球磨机中以300r·min-1的速度球磨5h。将球磨完后的粉料放入干燥箱进行干燥，干燥温度设为120℃。(2)取出干燥完毕后的基体粉末，加入质量分数15％的Sm2O3+La2O3混合稀土氧化物，用研钵混合均匀后加入适量无水乙醇，将混匀的粉料进行模压成型，成型压力为200MPa，成型后试样尺寸约为Φ15mm×13mm，放入干燥箱进行干燥，干燥温度设为120℃。(3)将干燥完成后的试样置于超高温管式炉中于设定温度1680℃烧结4h，保温结束后冷却至室温。据检测，稀土铝酸盐棒状晶的含量进一步升高，平均长径比为7左右。显气孔率约为3.8％，体积密度3.5g·cm-3，体积收缩率为31％，耐压强度206MPa，1400℃至室温下空冷循环热震循环次数达到22次。实施例4(1)将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔质量比1：1进行配料，混完后的粉料与氧化锆磨球按1：2加入球磨罐，无水乙醇加入球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法，其特征在于：(1)混料：将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔比1：1配比进行混粉，加入无水乙醇进行球磨；(2)成型：将混匀后的粉末进行干燥后，加入质量百分数为0～20％的稀土添加剂，混合均匀后加入无水乙醇，将混匀的粉体料进行成型；将成型后的样品干燥；(3)烧结：干燥后样品置于超高温管式炉中于设定温度烧结，烧结温度为1600～1800℃，保温时间为2～10h；保温结束后试样随炉冷却至室温，获得镁铝尖晶石复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法，其特征在于：(1)混料：将工业氧化镁粉和氧化铝粉按摩尔比1：1配比进行混粉，加入无水乙醇进行球磨；(2)成型：将混匀后的粉末进行干燥后，加入质量百分数为0～20％的稀土添加剂，混合均匀后加入无水乙醇，将混匀的粉体料进行成型；将成型后的样品干燥；(3)烧结：干燥后样品置于超高温管式炉中于设定温度烧结，烧结温度为1600～1800℃，保温时间为2～10h；保温结束后试样随炉冷却至室温，获得镁铝尖晶石复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的工业氧化镁粉粒度≤0.08mm，纯度≥95％；氧化铝粉粒度≤0.05mm，纯度≥99％。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的稀土氧化物添加剂为氧化镧、氧化钐、氧化钇和三氧化二铌中的一种或多种，纯度≥99％。4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的球磨机为行星式...

【专利技术属性】
技术研发人员：马北越，张博文，张亚然，苏畅，袁磊，于景坤，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21