[發明專利]基于N3-

有效

• 申請號: 202010578051.8
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111908929B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 侯新梅;郭春雨;王恩會;徐林超;方志;楊樹峰
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發明公開了基于氮離子(N^3?)摻雜制備抗渣性能優異的六鋁酸鈣(CA₆)基耐火原料的方法，其方法包括：將氧化鋁粉和氧化鈣粉高溫熱處理去除表面吸附水、結合水；將金屬鋁粉、氧化鋁粉和氧化鈣粉放入高能球磨機中球磨，獲得混合粉末；將所述混合粉末破碎篩分后，經機壓成型獲得生坯；將所述生坯放入高溫氣氛爐中，在N₂氣氛下，對所述生坯進行埋碳燒結，獲得N^3?離子摻雜的CA₆材料。本發明通過引入N^3?離子調整CA₆的晶體結構，可以在不破壞CA₆晶型的基礎上，提高CA₆晶胞c軸的長度，能使其材料厚度相比更厚，致密度大大提升并且抗渣侵蝕性能優異。同時，在制備N^3?離子摻雜的CA₆耐火原料的過程中，確定了摻N發生位點。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料技術領域，特別涉及一種N^3-離子摻雜的CA₆材料及其制備方法。

背景技術

在鋼鐵冶金的耐火材料領域，六鋁酸鈣(CA₆)主要以反應產物的形式存在，在高溫使用過程中由鋁酸鹽水泥結合剛玉或剛玉-尖晶石反應形成，其穿插在剛玉相和尖晶石相之間。由于CA₆具備高熔點、高穩定性、優異的抗渣等特性，使得材料的力學性能和抵抗熔渣侵蝕的性能得到明顯的改善。

根據資料顯示，CA₆晶胞由尖晶石塊和鏡面層組成，它們交替堆疊以形成一種層狀結構，每個晶胞由兩個尖晶石基塊和兩個鏡面層組成，在鏡面層中由于大陽離子的支撐使得鏡面層結構疏松。因而在CA₆的結構中，氧離子更容易沿著垂直于c軸的方向擴散，而c軸方向的尖晶石基塊單元被鏡面層分離，使晶體沿c軸方向的生長受到抑制，因此，離子在c軸方向的擴散效率是比較低的，這也導致了CA₆無法像Al₂O₃等氧化物那樣，依靠升高溫度從而很輕易地達到較高的體積密度，即使在最高1750℃的燒結溫度下也很難達到反應燒結CA₆的全密度。相對多孔的結構易使爐渣滲入耐火材料基體中，這在很大程度上限制了CA₆在冶金和石化領域的應用。

此外，基于氮化物的材料具有高熔點并且對熔融金屬和氧化物的潤濕性差的特性，并且四面體Al-N鍵的鍵長(AlN中為)幾乎等于四面體Al-O鍵(CA₆中為)。因此，如果采用摻雜的N^3-離子代替O^2-，則對于提高CA₆的致密度和耐蝕性似乎是一個可行的選擇。

發明內容

針對以上現有技術存在的不足之處，本發明提供了一種N^3-離子摻雜的CA₆材料及其制備方法。

本發明一方面提供了一種N^3-離子摻雜的CA₆材料的制備方法，包括：

將金屬鋁粉、氧化鋁粉和氧化鈣粉進行球磨，獲得混合粉末；所述將金屬鋁粉、氧化鋁粉和氧化鈣粉進行球磨包括：將氧化鋁粉和氧化鈣粉分別進行高溫熱處理；將處理過的氧化鋁和氧化鈣粉末以及金屬鋁粉放入高能球磨機中，再向高能球磨機中加入無水乙醇；球磨后，將混合得到的漿料烘干，即可獲得混合粉末；

將所述混合粉末破碎篩分后經機壓成型獲得生坯；

將所述生坯放入高溫氣氛爐中，在氮氣氣氛下，對所述生坯進行埋碳燒結，獲得N^3-離子摻雜的CA₆材料。

進一步的，在將金屬鋁粉、氧化鋁粉和氧化鈣粉放入高能球磨機中球磨時，包括：

將氧化鋁粉和氧化鈣粉分別在700-900℃保溫0.5-2h進行高溫熱處理，去除表面吸附水、結合水等。