专利名称：矾土基MgAlON的制备方法
所属领域本发明涉及一种陶瓷或耐火材料用原料的制备方法，具体涉及到一种由高铝矾土经铝热氮化还原合成MgAlON的制备方法。
背景技术：
MgAlON是一种新型的陶瓷材料，具有优良的化学和机械性能，因而无论在高技术陶瓷还是在耐火材料中都有广泛的应用，特别是在耐火材料领域，MgAlON复合耐火材料，具有良好的抗渣性能、抗钢液冲刷性能，从而可满足冶炼高质量超纯净钢要求，并能避免因使用过程造成的污染，有望取代含碳耐火材料用于冶炼纯净钢；另外，由于MgAlON复合材料优良的抗侵蚀性，可望在有色冶金及化工行业得到广泛的应用。
目前制备MgAlON主要采用三种工艺方法1、由AlN、Al2O3及MgO合成。该方法是固-固反应机制，合成温度高且反应时间长，因此多采用超细人工合成原料，易于控制，但成本高，能耗大。
2、由Al2O3及MgO(MgAl2O4)和C合成。碳热还原氮化法合成MgAlON的机制是还原-氮化-固溶机制，虽然原料的价格低于第一种方法，但制备过程工艺条件要求高，难度较大。
3、由Al、Al2O3及MgO制备。该法是通过金属直接氮化并进一步发生固溶反应合成MgAlON。该法由于技术难度高而较少采用。
以上三种方法均采用氧化铝为主要原料合成MgAlON，成本较高。为了降低成本，也有采用廉价的天然矿物原料高铝矾土为主要原料制备出主晶相为MgAlON的材料，如孙加林提出的99100292.X专利申请，其制备是采用碳还原氮化合成工艺，其特征主要是将原料埋于含碳材料中，在烧结过程中被碳还原并与氮气反应最终形成MgAlON，烧结温度为1550-1650℃，保温时间为72-110h，所合成的原料中N含量为1.5-5.8％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接利用高铝矾土通过Al热还原氮化烧结，在较低温度、较短时间内合成晶粒细小、氮含量高的矾土基MgAlON的制备方法。
本发明的技术方案为a.将50-80％高铝矾土、20-40％的金属铝、2-10％的氧化镁混合均匀，加入原料总量5-10％的结合剂，继续混合至均匀，机压成型或挤压成形；b.将a中成型块料放入氮化炉中，在流动氮气气氛下进行氮化烧结，氮化烧结温度为1400-1550℃，保温时间4-12小时；c.将炉温降至700℃-室温时，停止通氮气，即制得矾土基MgAlON。
在上述制备方法中，所说的高铝矾土为生料或轻烧料，其灼烧后的主要成分的质量百分比为Al2O380-95％、SiO25-10％、TiO22-5％；所说的金属铝用作还原剂，其中Al的含量为95-99.9％；所说的氧化镁中MgO的含量为95-99％；氧化镁可以用MgAl2O4替代，其中MgO+Al2O3的含量为95-99％；所说的结合剂为亚硫酸纸浆废液、聚乙烯醇、糊精、木质素、羧甲基纤维素、树脂中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的优点在于1、本发明以中国储量极丰富的高铝矾土为原料，不仅可大大地降低MgAlON的制造成本，而且可以改善我国目前在高铝矾土加工和使用方面相对落后的状态，提高原料的附加值。
2、本发明制备工艺简单，烧结温度较低、时间较短，无需复杂的工艺设备和工艺过程。
3、本发明合成的产物MgAlON晶粒细小，小于5μm，氮含量较高，≥6wt％。
附图1为本发明实施例1所得产物的XRD分析图，反映了产物1的物相组成。
附图2为本发明实施例2所得产物的XRD分析图，反映了产物2的物相组成。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施例方式实施例1以河南省登封市的高铝矾土(成分如表1)、金属铝、氧化镁为主要原料。
将生钒土、金属铝、氧化镁分别按65％、30％、5％的重量比配料后，放入球磨罐中，干混均匀；取出混合粉体以8％的聚乙烯醇为粘结剂，70MPa机压成型，80℃温度下干燥；然后放入气氛烧结炉中，在流动的氮气气氛中进行氮化烧结，烧结温度为1550℃，保持温度8小时；降温至700℃关闭氮气，继续降温至室温取出，得到MgAlON块料，经破碎和细磨后可制得MgAlON颗粒料和粉料。
本实施例中产物的XRD分析图如图1所示。经XRD分析，产物主晶相为MgAlON。经检测，氮含量6.01wt％，晶体粒度小于2μm。
实施例2以河南省登封市的高铝矾土(成分如表1)、金属铝、氧化镁为主要原料。
将生钒土、金属铝(作为还原剂)、MgAl2O4分别按62∶24∶14的重量比配料后，放入球磨罐中，干混均匀；取出混合粉体以8％的聚乙烯醇为粘结剂，70MPa机压成型，80℃温度下干燥；然后放入气氛烧结炉中，在流动的氮气气氛中进行氮化烧结，烧结温度为1550℃，保持温度8小时；降温至700℃关闭氮气，继续降温至室温取出，得到MgAlON块料，破碎细磨后，可制得MgAlON颗粒料和粉料。
本实施例中产物的XRD分析图如图2所示。经XRD分析，产物主晶相为MgAlON。经检测，氮含量9.00wt％，晶体粒度小于2μm。
权利要求
1.矾土基MgAlON的制备方法，其特征在于a.将50-80％高铝矾土、20-40％的金属铝、2-10％的氧化镁混合均匀，加入原料总量5-10％的结合剂，继续混合至均匀，机压成型或挤压成形；b.将a中成型块料放入氮化炉中，在流动氮气气氛下进行氮化烧结，氮化烧结温度为1400-1550℃，保温时间4-12小时；c.将炉温降至700℃-室温时，停止通氮气，即制得矾土基MgAlON。
2.依照权利要求1所述的矾土基MgAlON的制备方法，其特征在于高铝矾土为生料或轻烧料，其灼烧后的主要成分的质量百分比为Al2O380-95％、SiO25-10％、TiO22-5％。
3.依照权利要求1所述的矾土基MgAlON的制备方法，其特征在于金属铝中Al的含量为95-99.9％。
4.依照权利要求1所述的矾土基MgAlON的制备方法，其特征在于氧化镁中MgO的含量为95-99％。
5.依照权利要求1和3所述的矾土基MgAlON的制备方法，其特征在于氧化镁可以用MgAl2O4替代，其中MgO+Al2O3的含量为95％-99％。
6.依照权利要求1所述的矾土基MgAlON的制备方法，其特征在于所说的结合剂为亚硫酸纸浆废液、聚乙烯醇、糊精、木质素、羧甲基纤维素、树脂中的一种或几种。
全文摘要
本发明提供了一种矾土基MgAlON的制备方法。其特征在于利用我国丰富的高铝矾土资源(不烧或轻烧料)，配以适量金属铝粉和少量MgO，经混合、成型后在较低温度下快速铝热氮化还原合成氮含量高、晶粒细小的矾土基MgAlON。用本发明制备的材料氮含量较高、晶粒细小、机械性能及耐火性能高、抗渣性能优越，制造成本低，可广泛用于生产冶金、有色化工、陶瓷等行业使用的优质耐火材料及陶瓷制品。
文档编号C04B35/03GK1482095SQ03126148
公开日2004年3月17日 申请日期2003年5月9日 优先权日2003年5月9日
发明者钟香崇, 杨道媛, 叶方保, 郭新荣 申请人:郑州大学