[發明專利]利用鋁灰和粉煤灰制備Sialon陶瓷粉體的方法

無效

• 申請號: 200810042773.0
• 申請日: 2008-09-11
• 公開（公告）號: CN101353256A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 陳海?;李家鏡;孫寶德;王俊;裴偉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C04B35/599
• 分類號: C04B35/599;C04B35/626
• 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粉末的合成方法，具體是一種利用鋁灰和粉煤灰合成Sialon陶瓷粉體的方法。

背景技術

鋁灰是鋁熔煉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。粉煤灰是燃煤電廠產生的主要固體廢物，我國每年粉煤灰的產量大于1億噸，全國總儲量大于20億噸，但是年消耗量只有25～30％。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陶瓷粉體成本高，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陶瓷粉體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粉煤灰合成Sialon陶瓷粉體的方法，使其克服一種固體廢棄物成分、不易合成性能優異的Sialon粉，由于鋁灰的主要成分是Al₂O₃、SiO₂和金屬Al，而粉煤灰的主要成分是SiO₂和Al₂O₃，采用鋁灰和粉煤灰為主要原料，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，以鋁灰和粉煤灰為主要原料，碳黑為還原劑，采用鋁熱碳熱復合還原氮化工藝制備了Sialon陶瓷粉體，實現廢鋁灰和粉煤灰的循環再利用和環境保護。通過改變原料組成，采用本工藝可以制備以Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)物相為Sialon粉末，也可以制備以Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，z＝3)和SiAl₄O₂N₄(15R)物相為Sialon粉末。

本發明方法包括以下步驟：

第一步，將鋁灰、粉煤灰和碳黑按重量百分比分別為：0～40％，45％～80％和10％～25％的范圍內配比，三者之和為100％，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熱到700℃～900℃、保溫0.5h～2h，再加熱到1000℃～1200℃、保溫0.5h～2h，然后加熱到1250℃～1350℃、保溫2h～5h，再加熱到1400℃～1500℃、保溫2h～5h；

所述加熱到1000℃～1200℃，其升溫速度為2℃/min～5℃/min。

所述加熱到1250℃～1350℃，其升溫速度為2℃/min～5℃/min。

所述加熱到1400℃～1500℃，其升溫速度為2℃/min～5℃/min。

第三步，最后在氮氣保護下自然冷卻到室溫，得到Sialon陶瓷粉體。

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％。

所述粉煤灰主要成分重量百分含量為：SiO₂含量33.9～59.7％，Al₂O₃含量16.5～35.4％，Fe₂O₃含量1.5～19.7％。

所述碳黑中C重量百分含量大于98％。