[發明專利]一種制備抗水化氧化鈣材料的方法

無效

• 申請號: 200910010093.5
• 申請日: 2009-01-15
• 公開（公告）號: CN101462758A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 戴文斌;王新麗;趙鵬;于景坤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01F11/02
• 分類號: C01F11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及材料制備技術，具體為一種抗水化氧化鈣材料的制備方法。

背景技術：

石灰石的資源相當豐富，是最廉價的耐火原料。另外氧化鈣是最穩定的氧化物之一，與各種熔融金屬幾乎不發生反應。與其他材料相比，氧化鈣在金屬及合金的熔煉溫度下被活性合金元素還原的量要少得多。氧化鈣材料還具有耐火度高，分解壓和蒸氣壓低，抗熱震性好和抗渣性好等優點，是制備坩堝、過濾器和水口的最佳材料之一。所以幾十年來，人們一直試圖將氧化鈣耐火材料大規模地應用于冶金和陶瓷工業，但始終沒有獲得突破性進展。

研究表明，由于在氧化鈣顆粒表面形成具有抗水化能力的保護層，添加氧化鋁可以改善氧化鈣材料抗水化性能。但是氧化鈣和氧化鋁能夠生成低熔點相，降低材料的使用性能，目前在實際生產中使用較少。另外，氧化鈣材料的密度越大，抗水化效果越好，但是純氧化鈣材料在燒結過程中由于中、后期晶粒的異常長大，造成燒結團塊的封閉氣孔率高、相對密度低，在低于1700℃鍛燒時難以制得具有良好抗水化性能的氧化鈣材料。所以研究和開發較低溫度制備且具有優良抗水性能的氧化鈣材料具有非常重要的意義。

發明內容：

本發明在含鈣原料中加入添加劑，采用合適的燒結制度制備出第二相包覆氧化鈣顆粒的氧化鈣材料，該材料具有的具有密度高、抗水化性能良好等優點。根據氧化鈣來源的不同，實施方法可以分為兩種：

(1)直接燒結法

以不溶于水的含鈣物質為原料，將添加劑和含鈣材料混勻成型后，采用合適的燒結制度即可制備密度高、抗水化性能良好的氧化鈣材料：

A：原料選擇：不含結晶水的含鈣物質，如氧化鈣、碳酸鈣、鎂鈣砂等。其粒徑0-1mm，CaO％為60-99.9wt％；

B：添加劑選擇：含鎳、釔或鐿等元素的物質，如氧化鎳、氧化釔、硝酸釔、氧化鐿等；純度大于60％

C：添加劑加入量：含鎳、釔、鐿等元素物質的含有量為0-40mol％；

D：燒結制度：既可采用直接加熱和冷卻的方法，也可采用低溫預熱后高溫燒結，然后低溫繼續加熱的燒結制度。其中，最高加熱的溫度為1300℃-1700℃；

E：抗水化機制：在氧化鈣顆粒的表面包覆具有優良抗水化能力且熔點高、耐侵蝕的第二相，在不降低使用性能或降低較少的前提下顯著地提高材料的抗水化能力。

(2)兩步法

將溶于水的含鈣物質和含有燒結助劑成分的物質溶解于水或者醇-水溶液，利用共沉淀等方法獲得納米級的粉末原料。在一定條件下將納米粉末成型后1100℃-1700℃加熱即可獲得密度高、抗水化性能良好的氧化鈣：

A：含鈣物質：能夠溶于水的硝酸鈣、氯化鈣等物質；

B：燒結助劑：含鎳、釔、鐿等元素的物質，如硝酸鎳、硝酸釔、硝酸鐿等；

C：燒結助劑添加量：含鎳、釔、鐿等元素物質的含有量為0-30mol％；

D：納米粉末獲得方法：可以采用共沉淀法、水熱法，溶膠-凝膠法等方法；

E：燒結制度：既可采用普通燒結方法，也可采用低溫預熱后高溫燒結，然后低溫繼續加熱的燒結制度。其中，高溫加熱的溫度為1100℃-1700℃；

F：抗水化機制：在氧化鈣顆粒的表面包覆具有優良抗水化能力且熔點高、耐侵蝕的第二相，在不降低使用性能或降低較少的前提下顯著地提高材料的抗水化能力。

本發明具有如下優點：

1.通過加入添加劑，采用合適的燒結制度便能夠獲得在氧化鈣顆粒表面存在抗水化包覆層的氧化鈣材料，該材料具有密度高、抗水化性能良好等優點。

2.能夠在較低溫度下制備，既節能環保，又提高了生產效率。

3.工藝簡單，設備投資少，有利于工業化大規模生產。

附圖說明：

圖1為添加5mol％氧化釔1600℃加熱5h后試樣的顯微組織。

具體實施方式：

下面通過實施例詳述本發明。

實施例1

以平均粒徑為1μm的碳酸鈣粉末為原料，添加5mol％平均粒徑為1μm的氧化釔粉末，利用瑪瑙碾缽將原料充分混勻后，用金屬模具在100MPa的壓力下成型。然后將試樣置于MoSi₂電阻爐中1600℃加熱5h，即可獲得微觀組織如圖1所示的第二相包覆氧化鈣顆粒的相對密度為97％的氧化鈣材料。

實施例2

在硝酸鈣中添加1mol％硝酸釔，然后將混合試劑加入醇-水比為5:1的醇水溶液中并完全溶解。在強力攪拌的條件下，緩慢加熱至75℃后保持一段時間，然后緩慢的滴加氨水直至溶液中的pH值大于9。利用去離子水和酒精清洗后，將獲得的物質完全干燥后400℃煅燒即可獲得納米級的粉末。用金屬模具將粉末在100MPa的壓力下成型。然后將試樣置于MoSi₂電阻爐中1500℃加熱2h，即可獲得具有第二相包覆結構的相對密度為97％的氧化鈣材料。