[發明專利]利用鋁灰和高爐渣合成α－Sialon陶瓷材料的方法

有效

• 申請號: 200810033735.9
• 申請日: 2008-02-21
• 公開（公告）號: CN101234902A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 孫寶德;李家鏡;陳海?;王俊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C04B35/599
• 分類號: C04B35/599;C04B35/622
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種陶瓷材料技術領域的材料的合成方法，具體是一種利用鋁灰和高爐渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法。

背景技術

鋁灰是電解鋁生產過程中產生的廢棄物，據統計，每生產1000t鋁，就要產生25t左右的鋁灰。高爐渣是煉鐵排放出的礦渣，隨著鋼鐵工業的快速發展，高爐渣的排放量日益增加。目前對這些廢渣廢灰的處理通常采用填埋和堆積方式，既造成了資源浪費，同時也造成環境的污染，因此，加強對工業固體廢棄物的綜合利用已勢在必行。Sialon材料因其優越的力學性能、熱學性能和化學穩定性，被認為是極具發展潛力的高溫結構陶瓷之一。采用純凈的化學原料合成Sialon材料成本高，這使其商業應用受到限制。因此，采用低成本的方法制備性能優異的Sialon材料具有廣闊的應用前景。

經對現有技術的文獻檢索發現，公開號為CN1772703的中國專利公開了一種利用含鈦高爐渣制備TiN/(Ca，Mg)α′-Sialon復相陶瓷材料的方法，以含鈦高爐渣為原料，采用碳熱還原氮化的方法制備TiN/(Ca，Mg)α′-Sialon復相陶瓷材料。由于高爐渣成分的局限性，只能合成復相材料，未能合成單一的Sialon陶瓷材料。檢索中還發現，公開號為CN101066872的中國專利介紹了一種采用20～96wt％的鋁灰、0.5～55wt％的鋁礬土熟料細粉、0.5～60wt％的SiO₂細粉、0～10wt％的金屬鋁細粉和0～43wt％的單質硅細粉為原料，制備Sialon復合陶瓷材料的方法。該方法除鋁灰外，需要采用較多的添加物，工藝復雜。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種利用鋁灰和高爐渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，使其克服一種固體廢棄物成分、不易合成性能優異的單相材料，由于鋁灰的主要成分是Al₂O₃、SiO₂和金屬Al，而高爐渣的主要成分是CaO、Al₂O₃、SiO₂和MgO，采用鋁灰和高爐渣為主要原料，在選擇原料配比的時候，比采用單一的廢棄物為原料具有更大的靈活性。

本發明是通過以下技術方案實現的，采用鋁灰和高爐渣為原料，利用鋁灰中本身含有的金屬鋁，并添加金屬硅作還原劑，通過采用鋁熱硅熱復合還原氮化法合成Sialon陶瓷材料，實現廢鋁灰和高爐渣的循環再利用和環境保護。

本發明方法包括以下步驟：

第一步，將鋁灰、高爐渣和金屬硅按重量百分比分別為：20％～60％，5％～40％和20％～60％的范圍內配比，三者之和為100％，外加重量百分比為2％～5％的Si₃N₄粉，混合均勻成型；

第二步，成型后的坯體在流動的氮氣氣氛下于反應爐中先加溫到700℃～900℃、保溫0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升溫速度加溫到1000℃～1200℃、保溫0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升溫速度加溫到1250℃～1350℃、保溫2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升溫速度加溫到1400℃～1500℃、保溫2h～5h；

第三步，最后在氮氣保護下自然冷卻到室溫，得到α-Sialon陶瓷材料。

所述鋁灰主要成份重量百分含量為：Al₂O₃含量20～50％，Al含量15～40％，SiO₂含量5～15％，MgO含量5～15％，TiO₂含量1～3％，Fe₂O₃含量2～5％，CaO含量2～6％。

所述高爐渣主要成分重量百分含量為：CaO含量39.2％，Al₂O₃含量15.9％，SiO₂含量34.9％，MgO含量7.3％，MnO含量0.63％，Fe₂O₃含量0.48％。

所述金屬硅中Si重量百分含量大于97％。

所述Si₃N₄粉中α-Si₃N₄重量百分含量大于95％。