一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料领域，尤其是涉及一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料及其制备方法，所述复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料的原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉9

【技术实现步骤摘要】
一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料领域，涉及一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]莫来石(Aluminum silicate，简写为A3S2)，又称莫乃石、蓝晶石、富铝红柱石、硅线石，是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，化学式：3Al2O3·
2SiO2，其结构呈链状排列，晶体是沿C轴延伸的长柱状，针状，属斜方晶系。具有较高的耐火度1800℃(1810℃分解为刚玉和液相)和高温下对酸性渣良好的抗侵蚀性。莫来石是一种优质的耐火材料，具有膨胀均匀、抗热震性好、耐高温荷重性好、抗蠕变性能好、硬度大、抗化学腐蚀性好、耐磨性好、抗剥落性好等特点。
[0003]尖晶石(Spinel)，意思是有尖角的结晶体，其是镁铝氧化物组成的矿物，其化学式为MgO.Al2O3(缩写为MA)，其熔点为2135℃。
[0004]近年来，人们对应用在高温冶金、水泥、玻璃和钢铁工业的莫来石(3A12O3·
2SiO2)和镁铝尖晶石(MA)的单一材料或复合材料的发展产生了浓厚的兴趣。这是由于这两种材料具有优越的性能，尤其是它们的高熔点(莫来石和镁铝尖晶石的熔点分别为1819℃和 2135℃)，较低的热膨胀性、高的抗热震性和抗熔渣的侵蚀性。镁铝尖晶石(MA)属立方晶系，莫来石属斜方晶系，两者的热膨胀和弹性模量存在差异(尖晶石的热膨胀系数为 8.9
×
10
‑6/K，莫来石的热膨胀系数为5.3
×
10
‑6/K，)，因此，在尖晶石材料中加入莫来石可以起到复相增韧作用。
[0005]目前，复合尖晶石莫来石耐火原料的制备方法是将尖晶石添加到莫来石中，莫来石和镁铝尖晶石的比例对应为100：0、80：20、60：40、50：50、40：60、20：80和0： 100，随着尖晶石含量的增加和莫来石的减少，莫来石
‑
尖晶石复合材料的耐火性能得到了明显改善，具有好的体积稳定性(永久线变化＜
‑
0.8％)、高耐火性(＞1700℃)、高抗热震性(1000℃至室温空气冷没有任何裂纹，热震次数大于100次)，并且具有高的荷重软化温度(1560
‑
1680℃)。
[0006]上述复合材料虽然耐火性能提高，但是在抗锂离子腐蚀方面性能依然较差，可从采用该材料的匣钵使用寿命上得到反映。

技术实现思路

[0007]为了改善现有采用尖晶石和莫来石颗粒及粉体制备的匣钵的抗锂离子腐蚀性能，本申请提供了一种新的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料及其制备方法。
[0008]第一方面，本申请提供一种新的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料，采用如下的技术方案：
[0009]一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料，其原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉 9
‑
25份、工业氧化铝50
‑
100份和石英粉8
‑
20份。
[0010]优选的，所述原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉9
‑
21份、工业氧化铝70
‑
80份
和石英粉8
‑
20份。
[0011]进一步优选，所述原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉12
‑
21份、工业氧化铝70
‑
80 份和石英粉8.4
‑
18份。
[0012]最佳优选，所述原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉15
‑
21份、工业氧化铝70
‑
75 份和石英粉8.4
‑
16份。
[0013]上述复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料原料中：
[0014]所述轻烧镁粉中MgO≥95％，SiO2≤1.2％，CaO≤0.8％，烧矢量≤3％；
[0015]所述工业氧化铝中AL2O3＞98％，Na2O＜0.5％；
[0016]所述石英粉中SiO2＞99％，Fe2O3＜0.03％。
[0017]优选地，
[0018]轻烧镁粉的粒径为200目；
[0019]氧化铝的粒径为200目；
[0020]石英粉的粒径为200目。
[0021]第二方面，本申请提供一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料的制备方法：
[0022]一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料的制备方法，包括以下步骤：按照配比称取各成分，混匀，加入矿热炉，在2200
‑
2500℃电弧加热熔融5
‑
15分钟，然后倾斜矿热炉倒入水槽中快速冷却，捞出干燥。
[0023]方法中；由氧化镁和氧化铝反应生成尖晶石过程中产生的6.9％而导致的烧结不致密及烧结过程中低温共熔而生成的堇青石相，及在1460℃后堇青石分解而产生的镁橄榄石相(膨胀系数很大)等问题，电熔方法可以避免。
[0024]水冷法快速冷却，是熔融的成分遇水爆裂形成颗粒，同时确保尖晶石和莫来石组分分布均匀，防止尖晶石和莫来石晶粒长大，确保微晶结构。尖晶石熔点2135℃，莫来石 1860℃，采用自然冷却时，尖晶石先析出，随着尖晶石的不断析出，晶粒不断长大，然后才析出莫来石，容易产生分相，从而造成组分不均匀。
[0025]第三方面，本申请提供了上述复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料在制备匣钵中的应用。复合陶瓷耐火材料可以根据需要粉碎成不同粒径。
[0026]综上所述，本申请具有以下有益效果：
[0027]1、现有用尖晶石和莫来石做原料制备的复合耐火材料匣钵，在锂电池正极材料烧结过程中抗腐蚀性差，本申请通过改变原料，并限定原料中各成分的用量，最终提供的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料中不仅保持了原耐火性和抗热震性能，且增强了抗锂离子耐腐蚀性能。
[0028]2、通过化学热力学和化学反应动力对本申请提供的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料进行抗腐蚀反应性能考察，采用复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料及电熔尖晶石陶瓷耐火材料和莫来石陶瓷耐火材料与高镍LNCM电池正极材料(811生料)化学反应来测试抗腐蚀能力，主要通过样品尺寸变化来确定陶瓷耐火材料抗锂离子腐蚀性能。结果显示：复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料的抗腐蚀性能介于电熔尖晶石陶瓷耐火材料和电熔莫来石陶瓷耐火材料之间，尖晶石比例越高，抗锂离子腐蚀性能越好。
具体实施方式
[0029]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0030]原料来源：
[0031]轻烧镁粉，购自营口鑫垚镁业有限公司；
[0032]工业氧化铝粉，购自中铝中州铝业有限公司；
[0033]高纯石英粉，购自江苏润弛太阳能材料科技有限公司；
[0034]莫来石，购自河南特耐工程材料股份有限公司；
[0035]尖晶石，购自河南特耐工程材料股份有限公司，批号为AM
‑
70。
[0036]实施例1：一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料，其特征在于，其原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉9
‑
25份、工业氧化铝50
‑
100份和石英粉8
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20份。2.根据权利要求1所述的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉9
‑
21份、工业氧化铝70
‑
80份和石英粉8
‑
20份。3.根据权利要求1所述的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉12
‑
21份、工业氧化铝70
‑
80份和石英粉8.4
‑
18份。4.根据权利要求1所述的复合尖晶石莫来石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述原料包括以下重量比的成分：轻烧镁粉15
‑
21份、工业氧化铝70
‑
75份和石英粉8.4
‑
16份。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的复合尖晶石...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家邦，王膑，陆静娟，田丰，谢峰，顾耀成，尹述伟，陈惠子，陆觉田，陈哲宁，
申请(专利权)人：浙江吉昌新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：