[發(fā)明專利]一種鋁鎂尖晶石的低溫制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410376697.2
• 申請(qǐng)日: 2014-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN104150895A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂曉軍;劉建華;李劼;賴延清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/44
• 分類號(hào): C04B35/44;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 袁靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁鎂尖晶石的低溫制備方法。

背景技術(shù)

MgAl₂O₄尖晶石(MAS)為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，因而MAS具有一些重要的性質(zhì)，例如，高熔點(diǎn)(2135℃)，高機(jī)械強(qiáng)度，耐化學(xué)腐蝕性能好，良好的抗熱震性，良好的電絕緣性，相對(duì)密度較低(3.58g·cm^-3)。MAS被廣泛用于冶金、電化學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。然而，純天然的鋁鎂尖晶石非常稀少，工業(yè)上用的鋁鎂尖晶石都是經(jīng)過(guò)人工合成方法生成的。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同被分為：燒結(jié)尖晶石和電熔尖晶石。由于電熔法主要是間歇操作，澆筑塊的冷卻導(dǎo)致顯微結(jié)構(gòu)的不均勻，難以滿足工業(yè)要求，所以大部分是采用燒結(jié)法獲得均勻尺寸及低氣孔率的尖晶石。

工業(yè)生產(chǎn)鋁鎂尖晶石對(duì)原料的要求通常是：便宜、來(lái)源豐富、純度較高。所以采用的原料是拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁和從海水中提取的氧化鎂，但是這些原料的活性不高，在鋁鎂尖晶石的合成和燒結(jié)過(guò)程中需要很高的溫度，導(dǎo)致能耗大，增高了生產(chǎn)成本。燒結(jié)法制備鋁鎂尖晶石的過(guò)程中，合成溫度一般要高于1400℃，燒結(jié)溫度一般要高于1800℃。添加一些合成和燒結(jié)助劑，一定程度上可以達(dá)到降低鋁鎂尖晶石的合成和燒結(jié)溫度的目的。前人嘗試用以下一些添加劑：(1)MgCl₂和V₂O₃等合成助劑，以降低鋁鎂尖晶石的合成溫度；(2)TiO₂、Y₂O₃、ZnO和Dy₂O₃等燒結(jié)助劑，以降低燒結(jié)溫度；盡管如此，鋁鎂尖晶石的合成溫度和燒結(jié)溫度仍然較高，如：鋁鎂尖晶石合成率要達(dá)到90％及以上的合成溫度仍高于1100℃，而鋁鎂尖晶石的燒結(jié)致密度要達(dá)到90％以上的燒結(jié)溫度仍然高于1600℃。

為此，提出一種鋁鎂尖晶石低溫合成和燒結(jié)助劑尤為重要。由于MAS的合成主要基于鎂、鋁的氧化物為原料，其固態(tài)反應(yīng)生成MAS過(guò)程可由Wagner機(jī)理描述。Wagner機(jī)理認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)過(guò)程是由陽(yáng)離子通過(guò)產(chǎn)物層相互擴(kuò)散，氧離子保留在原始的位置，為了保持電中性3Mg²⁺擴(kuò)散到氧化鋁一側(cè)和2Al³⁺擴(kuò)散到氧化鎂一側(cè)生成MgAl₂O₄。隨著MgAl₂O₄產(chǎn)物層厚度的增加，Mg²⁺和Al³⁺通過(guò)反應(yīng)物和產(chǎn)物擴(kuò)散到反應(yīng)界面越來(lái)越困難，所以需要較高的合成溫度。由于F^-半徑為0.136nm，O^2-半徑為0.176nm，F(xiàn)^-離子可以取代O^2-離子并入晶格中，產(chǎn)生大量的陽(yáng)離子空位，導(dǎo)致陽(yáng)離子在Al₂O₃和尖晶石晶格中的擴(kuò)散增強(qiáng)，可望提高尖晶石的合成率。鋁鎂尖晶石之所以難于燒結(jié)，原因就在于其晶格能較高，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散需要較高的活性，即燒結(jié)激活能大，因此需要較高的溫度。在體系中添加一些熔點(diǎn)較低的添加劑，可以在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生液相，加速擴(kuò)散過(guò)程，促進(jìn)燒結(jié)。

本發(fā)明提供的一種鋁鎂尖晶石的低溫制備方法，提出了一種新型的合成助劑和燒結(jié)助劑，即采用氟鹽作為助劑，且這種添加劑的熔點(diǎn)較低(<1100℃)，所以既有利于促進(jìn)鋁鎂尖晶石的合成又有利于促進(jìn)其燒結(jié)，可降低鋁鎂尖晶石合成和燒結(jié)溫度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決鋁鎂尖晶石的合成和燒結(jié)的溫度較高的問(wèn)題，提供了一種鋁鎂尖晶石的低溫制備方法，以降低鋁鎂尖晶石的合成和燒結(jié)溫度，降低能耗。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：