[發(fā)明專利]堇青石-莫來石復相材料的原位反應燒成的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910046368.0
• 申請日: 2009-02-19
• 公開（公告）號: CN101519304A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 溫海琴;席紅安;李勤;王若釘
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/185
• 分類號: C04B35/185;C04B35/195;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種堇青石-莫來石復相材料的原位反應燒成的制備方法，屬 于復相陶瓷材料制備領域。

背景技術

堇青石(Cordierite)具有熱膨脹系數低、抗熱震性能好等優(yōu)點，被廣泛應 用于汽車尾氣凈化裝置、耐熱涂層、催化劑載體、熱交換機材料、泡沫陶瓷、 電子封裝材料、印刷電路板等，以及一些冷熱驟變的環(huán)境中，比如陶瓷換熱 器、熱風爐、支柱磚、匣體，棚板等等。但由于堇青石機械強度不高、荷重 軟化點低、合成溫度范圍窄，用傳統方法如果不采用偏離堇青石組成或添加 燒結助劑的方法，較難獲得純相堇青石，從而限制了它的優(yōu)良性能的發(fā)揮。

莫來石(Mullite)是一種優(yōu)質的耐火材料，具有高溫性能優(yōu)良，荷重軟化 點高，機械強度高等優(yōu)點，但其熱膨脹系數相對較大，且因其主要為共價鍵 化合物，原子在低溫下的體擴散速度較慢，傳統燒結致密化溫度較高，一般 都在1550～1600℃。

可見，堇青石熱膨脹系數低，抗熱震性好，但高溫性能一般，機械強度 不高，而莫來石高溫性能優(yōu)良，機械強度高，但抗熱震性不好。因此，為兼 顧材料的高溫性能、機械強度及抗熱震性能，將堇青石和莫來石進行復合是 提高材料性能的有效措施。

制備堇青石-莫來石復合物有多種不同的方法。一種是以液體化學試劑或 溶膠為原料，通過溶膠凝膠法(濕化學反應法)來制備堇青石-莫來石粉體 [M.G.M.U.Ismail，J.Am.Ceram.Soc.73(3)(1990)537-543；]。這種方法的 優(yōu)點是產品純度高，顆粒細小且均勻，反應活性高，可以大大降低燒結溫度。 但所用原料大多數為有機化合物，有些還是對健康有害的，需加以防護，且 成本太高，處理過程復雜，時間較長。另一種方法是將堇青石和莫來石中的 一種或兩種與礦物原料、工業(yè)原料等進行混合然后燒結，從而制取堇青石- 莫來石復合物[專利號ZL?200610037794.4；專利號ZL?200510101941.5]，這 種方法需要已合成的堇青石或莫來石，不可避免的存在成本提高問題，且合 成的堇青石-莫來石復合物中往往還含有不少的其它晶相。

本發(fā)明擬提出一種堇青石-莫來石復相材料原位反應燒成的制備方法。本 發(fā)明提供的方法完全以礦物及工業(yè)原料為主，不需要添加堇青石或莫來石熟 料，通過混合、燒成等常規(guī)工藝在較低的燒成溫度下得到高純度堇青石-莫來 石復相材料，其中的堇青石相和莫來石相具有良好的晶體形態(tài)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種堇青石-莫來石復相材料原位燒成的制備方 法，它是以低廉的原料、簡單的工藝合成高純度的堇青石-莫來石復相材料。

本發(fā)明采用的技術方案：

(1)選取高嶺土、滑石和工業(yè)氧化鋁為主要原料，它們的質量配比為：高 嶺土45～60％，滑石0.5～38％，工業(yè)氧化鋁12～44％。在上述混合料中外加 五氧化二釩助劑的質量百分數為0.5～6％，混勻。選用不同的原料配比可以 得到堇青石、莫來石百分比含量不同的復相材料。

本發(fā)明所提供的堇青石-莫來石復相材料中莫來石的質量百分含量為95 ％-5％，余量為堇青石；作為最佳實施方式是在復合材料中莫來石的含量為 20wt％、40wt％、60wt％、80wt％，余量為堇青石。

五氧化二釩作為礦化劑可以降低莫來石的合成溫度。在本發(fā)明中，五氧 化二釩助劑的加入不僅可以降低莫來石的合成溫度，而且可以促進復相材料 中莫來石晶體的生長，有利于復相材料機械性能和抗熱震性的提高。

(2)在步驟(1)混好的配料中添加質量百分數為7～10％的甲基纖維素溶液 (以質量百分濃度為2％的甲基纖維素溶液的形式加入)，混勻后壓制成型， 干壓壓制壓力為1～3MPa。

(3)將加有0.5-6wt％五氧化二釩助劑的成型坯體室溫(18-25℃)燒至 950～1050℃，升溫速率為200～400℃/h，保溫0.5～1.5小時，促進晶核的 形成；再以80～150℃/h的升溫速率升溫至1200～1300℃，保溫0.5～1.5小 時，促進堇青石的形成；繼續(xù)以50～150℃/h的速率升溫至1380～1460℃， 保溫3～6小時，促進莫來石、堇青石晶體生長，保溫結束后隨爐自然冷卻。