【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地外材料冶金，具体涉及一种含fe月壤烧结块及其低温碳热还原制备方法。
技术介绍
1、随着我国新一轮探月计划的公布，我国嫦娥探月工程的下一步重点为“勘、研、建”。对于月面基地建设，从地球运输基地建设所需的材料出于经济和实际原因考虑非常不可行，未来的月球探索任务很大程度将取决于月球原位资源利用(in-situ resourceutilization，isru)。月壤作为基地建造的原材料将在未来月球任务中发挥重要作用，经调研，月表月壤中平均约含有质量分数为百分之十的铁氧化物，且铁氧化物是月壤成分中最易被还原的物质，具有很高的利用价值，为月面环境下金属的原位资源利用提供了可能。
2、月壤压制烧结技术作为月面环境下高原位资源利用率制备建筑结构材料的最佳技术之一，其具有操作简单、制备效率高等优势。但是不规则的月壤颗粒导热能力差，烧结时需要高的热量，烧结效率低，同时烧结后的材料具有典型陶瓷材料的脆性。fe可以作为烧结的活化剂，其相对于月壤来说，具有较高的扩散与传热能力，同时fe具有较好的塑韧性，若烧结材料中含有一定量的fe，可在月壤基体中起到促烧结与强化作用。
3、研究发现由于受到太阳风离子轰击、宇宙射线辐射和微陨石撞击等作用，月壤中存在少量单质fe，且多以纳米fe的形式存在于少量玻璃体中，很难被直接利用。若要在高原位资源利用率的前提下充分发挥fe的作用，需要考虑对月壤中含铁物质进行还原。目前从月壤中制备单质fe的技术主要有电解法、氢还原法、碳热法、热分解法等方法，其中电解法所需设备复杂，热解法需要200
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种高原位资源利用率下含fe月壤烧结块及其低温碳热还原制备方法，该制备方法以月壤粉末和石墨粉末为原料，通过低温碳热还原技术制备得到含fe月壤烧结块，相较于现有碳热还原月壤制fe工艺来讲，由于还原温度未达到烧结温度，故该还原过程可以直接在生坯中进行：产物fe可原位在生坯内部生成，反应产生的气体可以沿生坯孔隙逸出，避免了高温下因坯体致密度的提高导致还原产生的气体难以排除，出现鼓泡等现象。经低温充分还原后，生坯中的单质fe可在后续的升温烧结与服役过程中起到促烧结与强化的作用，大大提高了原位资源利用效率，降低了能量消耗，简化了操作步骤。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法。
3、该低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法包括以下步骤：
4、称取月壤粉末和石墨粉末，并进行混料，获得混合粉末；
5、将所述混合粉末进行真空烧结，之后随炉冷却制得所述含fe月壤烧结块；其中，所述真空烧结的过程包括先在还原温度下进行还原反应，然后升温至烧结温度并进行保温。
6、进一步，所述还原温度为800～980℃，反应时间为2～10h。
7、进一步，升温至所述还原温度时的第一升温速率为2～10℃/min。
8、进一步，所述烧结温度为1030～1100℃，保温时间为60～240min；
9、优选地，所述真空烧结的真空度为2×10-3～8×10-3pa。
10、进一步，由所述还原温度升温至所述烧结温度时的第二升温速率为1～5℃/min；
11、优选地，所述第二升温速率小于所述第一升温速率。
12、进一步，所述月壤粉末按质量百分比计包括以下各组分：
13、sio2 43.51～51.67％，al2o3 12.07～31.61％，fexoy 5.08～22.51％，cao6.79～15.70％，mgo 0.35～9.40％，tio2 0.54～19.29％，na2o 0.41～4.92％，余量为杂质；
14、优选地，所述月壤粉末的粒径≤270μm。
15、进一步，所述混合粉末中，所述石墨粉末的质量百分比为0.1～3％wt.％；
16、优选地，所述石墨粉末的粒径≤106μm。
17、进一步，采用混料机进行所述混料操作，所述混料机的转速为120～250r/min，混料时间为4～15h；
18、优选地，所述混料操作中磨球与所述混合粉末的球料比为1:1～5:1。
19、进一步，进行所述真空烧结前，将所述混合粉末进行压制压实，压制压力为1～10mpa，保压时间为30～90s。
20、为了实现上述目的，本专利技术第二方面提供了一种含fe月壤烧结块。
21、采用本专利技术第一方面提供的制备方法制备得到的含fe月壤烧结块。
22、本专利技术以月壤粉末和石墨粉末为原料，经压制后低温下充分还原后直接升温烧结得到含fe强化相的月壤烧结块，与现有技术相比，具有如下有益效果：
23、(1)本专利技术提出的低温碳热还原-烧结工艺在1000℃以下低温还原制备出含fe月壤坯体直接升温烧结，得到可作为基地建筑材料的含fe月壤烧结块，即fe的还原与含fe月壤烧结块的制备一体化完成，相较于传统的月壤还原制fe工艺具有高效率、低能耗的特点；
24、同时，本专利技术提出的制备工艺相较于传统外加fe压制烧结制备含fe月壤烧结块体的工艺来讲，本专利技术能够在相同外加量的条件下，得到质量分数更高的fe单质，即在高原位资源利用率的条件下，制备出高含fe量的月壤烧结块体。
25、(2)本专利技术提出的低温碳热还原-烧结工艺，其碳热还原的温度低于月壤的烧结温度，故在低温碳热还原温度下生坯中的粉体仍是以机械咬合为主，没有形成烧结颈，未发生烧结过程。所以在低温碳热还原过程中，在生成fe的同时产生的co2气体可以沿生坯中较多的连通孔隙逸出，反应方程式如下所示，减少因内部气压过高带来的膨胀现象，从而使得还原过程中生坯形状得以保持，最终得到一定尺寸规整性的月壤烧结块。而在1500～1700℃温度范围内进行高温碳热还原反应，还原过程中月壤呈熔融状态，冷却后得到玻璃体且其内部含有气体未充分排出产生的孔洞，降低了烧结块的力学强度。相较于高温碳热还原的方法，本专利技术制备的制件一方面具有较好的尺寸精度和保形性，另一方面因其内部的气体逸出减少了制件内部孔洞，其力学强度明显高于高温碳热还原得到的玻璃体。
26、碳热还原反应的反应式为：
27、feo+c→f本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，所述还原温度为800～980℃，反应时间为2～10h。
3.如权利要求1或2所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，升温至所述还原温度时的第一升温速率为2～10℃/min。
4.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，所述烧结温度为1030～1100℃，保温时间为60～240min；
5.如权利要求1或4所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，由所述还原温度升温至所述烧结温度时的第二升温速率为1～5℃/min；
6.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，所述月壤粉末按质量百分比计包括以下各组分：
7.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，所述混合粉末中，所述石墨粉末的质量百分比为0.1～3％wt.％；
8.如权利要求1所述
9.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含Fe月壤烧结块的方法，其特征在于，进行所述真空烧结前，将所述混合粉末进行压制压实，压制压力为1～10MPa，保压时间为30～90s。
10.一种权利要求1-9任一项所述的低温碳热还原方法制备得到的含Fe月壤烧结块。
...【技术特征摘要】
1.一种低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法，其特征在于，所述还原温度为800～980℃，反应时间为2～10h。
3.如权利要求1或2所述的低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法，其特征在于，升温至所述还原温度时的第一升温速率为2～10℃/min。
4.如权利要求1所述的低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法，其特征在于，所述烧结温度为1030～1100℃，保温时间为60～240min；
5.如权利要求1或4所述的低温碳热还原制备含fe月壤烧结块的方法，其特征在于，由所述还原温度升温至所述烧结温度时的第二升温速率为1～5℃/min；
6.如权利要求1所述...
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