專利名稱：礬土基MgAlON的制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種陶瓷或耐火材料用原料的制備方法，具體涉及到一種由高鋁礬土經(jīng)鋁熱氮化還原合成MgAlON的制備方法。
背景技術(shù)：
MgAlON是一種新型的陶瓷材料，具有優(yōu)良的化學(xué)和機(jī)械性能，因而無論在高技術(shù)陶瓷還是在耐火材料中都有廣泛的應(yīng)用，特別是在耐火材料領(lǐng)域，MgAlON復(fù)合耐火材料，具有良好的抗渣性能、抗鋼液沖刷性能，從而可滿足冶煉高質(zhì)量超純凈鋼要求，并能避免因使用過程造成的污染，有望取代含碳耐火材料用于冶煉純凈鋼；另外，由于MgAlON復(fù)合材料優(yōu)良的抗侵蝕性，可望在有色冶金及化工行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
目前制備MgAlON主要采用三種工藝方法1、由AlN、Al2O3及MgO合成。該方法是固-固反應(yīng)機(jī)制，合成溫度高且反應(yīng)時(shí)間長，因此多采用超細(xì)人工合成原料，易于控制，但成本高，能耗大。
2、由Al2O3及MgO(MgAl2O4)和C合成。碳熱還原氮化法合成MgAlON的機(jī)制是還原-氮化-固溶機(jī)制，雖然原料的價(jià)格低于第一種方法，但制備過程工藝條件要求高，難度較大。
3、由Al、Al2O3及MgO制備。該法是通過金屬直接氮化并進(jìn)一步發(fā)生固溶反應(yīng)合成MgAlON。該法由于技術(shù)難度高而較少采用。
以上三種方法均采用氧化鋁為主要原料合成MgAlON，成本較高。為了降低成本，也有采用廉價(jià)的天然礦物原料高鋁礬土為主要原料制備出主晶相為MgAlON的材料，如孫加林提出的99100292.X專利申請，其制備是采用碳還原氮化合成工藝，其特征主要是將原料埋于含碳材料中，在燒結(jié)過程中被碳還原并與氮?dú)夥磻?yīng)最終形成MgAlON，燒結(jié)溫度為1550-1650℃，保溫時(shí)間為72-110h，所合成的原料中N含量為1.5-5.8％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直接利用高鋁礬土通過Al熱還原氮化燒結(jié)，在較低溫度、較短時(shí)間內(nèi)合成晶粒細(xì)小、氮含量高的礬土基MgAlON的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為a.將50-80％高鋁礬土、20-40％的金屬鋁、2-10％的氧化鎂混合均勻，加入原料總量5-10％的結(jié)合劑，繼續(xù)混合至均勻，機(jī)壓成型或擠壓成形；b.將a中成型塊料放入氮化爐中，在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行氮化燒結(jié)，氮化燒結(jié)溫度為1400-1550℃，保溫時(shí)間4-12小時(shí)；c.將爐溫降至700℃-室溫時(shí)，停止通氮?dú)猓粗频玫\土基MgAlON。
在上述制備方法中，所說的高鋁礬土為生料或輕燒料，其灼燒后的主要成分的質(zhì)量百分比為Al2O380-95％、SiO25-10％、TiO22-5％；所說的金屬鋁用作還原劑，其中Al的含量為95-99.9％；所說的氧化鎂中MgO的含量為95-99％；氧化鎂可以用MgAl2O4替代，其中MgO+Al2O3的含量為95-99％；所說的結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液、聚乙烯醇、糊精、木質(zhì)素、羧甲基纖維素、樹脂中的一種或幾種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明以中國儲(chǔ)量極豐富的高鋁礬土為原料，不僅可大大地降低MgAlON的制造成本，而且可以改善我國目前在高鋁礬土加工和使用方面相對落后的狀態(tài)，提高原料的附加值。
2、本發(fā)明制備工藝簡單，燒結(jié)溫度較低、時(shí)間較短，無需復(fù)雜的工藝設(shè)備和工藝過程。
3、本發(fā)明合成的產(chǎn)物MgAlON晶粒細(xì)小，小于5μm，氮含量較高，≥6wt％。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的XRD分析圖，反映了產(chǎn)物1的物相組成。
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物的XRD分析圖，反映了產(chǎn)物2的物相組成。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以河南省登封市的高鋁礬土(成分如表1)、金屬鋁、氧化鎂為主要原料。

將生釩土、金屬鋁、氧化鎂分別按65％、30％、5％的重量比配料后，放入球磨罐中，干混均勻；取出混合粉體以8％的聚乙烯醇為粘結(jié)劑，70MPa機(jī)壓成型，80℃溫度下干燥；然后放入氣氛燒結(jié)爐中，在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行氮化燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1550℃，保持溫度8小時(shí)；降溫至700℃關(guān)閉氮?dú)?，繼續(xù)降溫至室溫取出，得到MgAlON塊料，經(jīng)破碎和細(xì)磨后可制得MgAlON顆粒料和粉料。
本實(shí)施例中產(chǎn)物的XRD分析圖如圖1所示。經(jīng)XRD分析，產(chǎn)物主晶相為MgAlON。經(jīng)檢測，氮含量6.01wt％，晶體粒度小于2μm。
實(shí)施例2以河南省登封市的高鋁礬土(成分如表1)、金屬鋁、氧化鎂為主要原料。

將生釩土、金屬鋁(作為還原劑)、MgAl2O4分別按62∶24∶14的重量比配料后，放入球磨罐中，干混均勻；取出混合粉體以8％的聚乙烯醇為粘結(jié)劑，70MPa機(jī)壓成型，80℃溫度下干燥；然后放入氣氛燒結(jié)爐中，在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行氮化燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1550℃，保持溫度8小時(shí)；降溫至700℃關(guān)閉氮?dú)?，繼續(xù)降溫至室溫取出，得到MgAlON塊料，破碎細(xì)磨后，可制得MgAlON顆粒料和粉料。
本實(shí)施例中產(chǎn)物的XRD分析圖如圖2所示。經(jīng)XRD分析，產(chǎn)物主晶相為MgAlON。經(jīng)檢測，氮含量9.00wt％，晶體粒度小于2μm。
權(quán)利要求
1.礬土基MgAlON的制備方法，其特征在于a.將50-80％高鋁礬土、20-40％的金屬鋁、2-10％的氧化鎂混合均勻，加入原料總量5-10％的結(jié)合劑，繼續(xù)混合至均勻，機(jī)壓成型或擠壓成形；b.將a中成型塊料放入氮化爐中，在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行氮化燒結(jié)，氮化燒結(jié)溫度為1400-1550℃，保溫時(shí)間4-12小時(shí)；c.將爐溫降至700℃-室溫時(shí)，停止通氮?dú)?，即制得礬土基MgAlON。
2.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法，其特征在于高鋁礬土為生料或輕燒料，其灼燒后的主要成分的質(zhì)量百分比為Al2O380-95％、SiO25-10％、TiO22-5％。
3.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法，其特征在于金屬鋁中Al的含量為95-99.9％。
4.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法，其特征在于氧化鎂中MgO的含量為95-99％。
5.依照權(quán)利要求1和3所述的礬土基MgAlON的制備方法，其特征在于氧化鎂可以用MgAl2O4替代，其中MgO+Al2O3的含量為95％-99％。
6.依照權(quán)利要求1所述的礬土基MgAlON的制備方法，其特征在于所說的結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液、聚乙烯醇、糊精、木質(zhì)素、羧甲基纖維素、樹脂中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種礬土基MgAlON的制備方法。其特征在于利用我國豐富的高鋁礬土資源(不燒或輕燒料)，配以適量金屬鋁粉和少量MgO，經(jīng)混合、成型后在較低溫度下快速鋁熱氮化還原合成氮含量高、晶粒細(xì)小的礬土基MgAlON。用本發(fā)明制備的材料氮含量較高、晶粒細(xì)小、機(jī)械性能及耐火性能高、抗渣性能優(yōu)越，制造成本低，可廣泛用于生產(chǎn)冶金、有色化工、陶瓷等行業(yè)使用的優(yōu)質(zhì)耐火材料及陶瓷制品。
文檔編號(hào)C04B35/03GK1482095SQ03126148
公開日2004年3月17日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者鐘香崇, 楊道媛, 葉方保, 郭新榮 申請人:鄭州大學(xué)