一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。其技术方案是：按氧化铝细粉︰镁砂细粉的质量比为(2.4~2.7)︰1，将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合；再按糖︰所述原料的质量比为1︰(0.6~1.8)，将糖与所述原料为混合料混合；然后向混合料中加入所述混合料0.1~0.5wt%的助烧剂和0.1~0.5wt%的AC发泡剂，混合，得混合粉体；将所述混合粉体升温至100~200℃，保温1~3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中起泡和固化8~25h；最后将固化后的坯体升温至1500~1700℃，保温3~9h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。本发明工艺简单和环境友好；所制备的镁铝尖晶石泡沫陶瓷无裂纹、体积密度低、通孔率高和强度大。
【专利说明】一种镁铝尖晶石泡沬陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于泡沫陶瓷【技术领域】。具体涉及一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002]泡沫陶瓷的发展始于20世纪70年代，它是一种具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的多孔陶瓷制品。泡沫陶瓷具有气孔率高、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好等优良性能，被广泛用作金属液过滤器、高温气体交换过滤器、离子交换过滤器和催化剂载体等方面。
[0003]镁铝尖晶石(MgAl2O4)具有熔点高(2135°C )、热膨胀系数低、导热性好以及高温稳定性强等一系列优点。镁铝尖晶石泡沫陶瓷是一种重要的冶金工业用保温耐火材料和冶金工业用过滤等多用途的轻质耐火材料。
[0004]目前，镁铝尖晶石泡沫陶瓷主要采用挂浆制备工艺，多孔海绵浸溃在陶瓷浆料中，然后通过挤压去除多余的浆料，再经过干燥、烧结得到泡沫陶瓷。如“一种镁铝尖晶石质泡沫陶瓷过滤器及其制备方法”(CN201310539992.0)的专利技术，这种技术虽具有一定的优点，但仍存在以下缺点:(1)基本工艺过程包括制浆、挂浆、干燥、烧结等，制备工艺复杂；
(2)泡沫陶瓷的强度不高；(3)制品有细小裂纹甚至发生开裂；(4)在烧结阶段产生有毒气体，污染环境。
[0005]镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法还有凝胶注模法和泡沫法等。如“一种制备轻质镁铝尖晶石隔热材料的方法”(CN201210123564.5)的专利技术，该技术采用泡沫法结合凝胶注模成型的方法虽具有一定的优点，但亦存在以下缺点:(I)由于使用的有机单体、引发剂以及催化剂具有一定的毒性，对人体健康和环境不利；(2)由于使用甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺和乙烯基吡咯酮的凝胶体系中的一种，提高了成本，限制了产品的推广使用。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种工艺简单和环境友好的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法；用该方法制备的镁铝尖晶石泡沫陶瓷无裂纹、体积密度低、通孔率高和强度大。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.7):1。
[0008]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合,其中:糖:所述原料的质量比为1:(0.6?1.8)。
[0009]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.5wt%的助烧剂和0.Γ0.5wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0010]步骤四、将混合粉体升温至10(T20(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?25h，得到固化后的坯体。
[0011]步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl70(rC，保温3、h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0012]所述氧化铝细粉为工业氧化铝细粉、a -Al2O3细粉、白刚玉细粉、棕刚玉细粉、致密刚玉细粉和板状刚玉细粉中的一种，所述氧化铝细粉的粒径小于44 μ m。
[0013]所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉或为烧结镁砂细粉，所述镁砂细粉的粒径小于44 μ m0
[0014]所述糖为果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖中的一种，所述糖的纯度大于99.0wt%。
[0015]所述的恒温箱的温度为12(Tl80°C。
[0016]所述的助烧剂为B2O3微粉、BC4微粉、MgF2微粉和AlF3微粉中的一种或两种。
[0017]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有的优点和积极效果:
1、本发明由于氧化铝细粉和镁砂细粉表面和糖分子-OH间的亲水性相互作用，粉体能较均匀地分散在熔融的糖熔液中，所得的分散体系成分均匀，烧成时不会由于粉体分布不均匀而产生裂纹。
[0018]2、本发明以糖作为发泡剂，利用糖分子的-OH之间缩合产生的水蒸汽进行发泡，所产生的气泡通过细粉颗粒吸附在气液界面和分散体系粘度的增加被稳定，有利于形成均匀的气孔，最终形成相互连接的蜂窝状显微结构，具有较高的通孔率和强度。
[0019]3、本发明工艺简单，且在整个制备过程中无有害气体排放，利于环境保护。
[0020]4、本发明所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.12^0.54g/cm3，耐压强度达到2.50?10.2Mpa,显气孔率为85%?97%。
[0021]因此，本发明具有工艺简单和环境友好的特点；所制备的镁铝尖晶石泡沫陶瓷无裂纹、体积密度低、通孔率高和强度大。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0023]为避免重复，现将本【具体实施方式】涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述氧化铝细粉的粒径小于44 μ m。
[0024]所述镁砂细粉的粒径小于44 μ m。
[0025]所述糖的纯度大于99.0wt%。
[0026]实施例1
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.55): I。
[0027]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(0.6?0.8)。
[0028]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.3wt%的助烧剂和0.Γ0.3wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0029]步骤四、将混合粉体升温至10(T12(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?15h，得到固化后的坯体。
[0030]步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl60(rC，保温3飞h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0031]本实施例中:所述氧化铝细粉为工业氧化铝细粉；所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉；所述糖为果糖；所述的助烧剂为B2O3微粉；所述的恒温箱的温度为12(T150°C。
[0032]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.12^0.20g/cm3,耐压强度达到2.50?4.0OMpa,显气孔率为93%?97%。
[0033]实施例2
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.55): I。
[0034]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(0.8?1.0)。
[0035]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.3wt%的助烧剂和0.3?0.5wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0036]步骤四、将混合粉体升温至18(T20(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化15?25h，得到固化后的坯体。
[0037]步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl60(rC，保温3飞h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0038]本实施例中:所述氧化铝细粉为a -Al2O3细粉；所述镁砂细粉为烧结镁砂细粉；所述糖为蔗糖；所述的助烧剂为BC4微粉；所述的恒温箱的温度为15(T18(TC。
[0039]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.18^0.30g/cm3,耐压强度达到3.60?6.1OMpa,显气孔率为92%?95%。
[0040]实施例3
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.55): I。
[0041]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(1.(Tl.2)。
[0042]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.3wt%的助烧剂和0.Γ0.3wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0043]步骤四、将混合粉体升温至15(T18(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?15h，得到固化后的坯体。
[0044]步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl60(rC，保温5?7h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0045]本实施例中:所述氧化铝细粉为白刚玉细粉；所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉；所述糖为葡萄糖；所述的助烧剂为MgF2微粉；所述的恒温箱的温度为15(Tl80°C。
[0046]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.22、.36g/cm3,耐压强度达到3.85?6.80Mpa,显气孔率为90%?94%。
[0047]实施例4 一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.55): I。
[0048]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(1.2?1.4)。
[0049]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.3?0.5wt%的助烧剂和0.3?0.5wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0050]步骤四、将混合粉体升温至12(T150°C，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?15h，得到固化后的坯体。
[0051]步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl60(rC，保温7、h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0052]本实施例中:所述氧化铝细粉为棕刚玉细粉；所述镁砂细粉为烧结镁砂细粉；所述糖为麦芽糖；所述的助烧剂为AlF3微粉；所述的恒温箱的温度为15(Tl80°C。
[0053]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.27、.38g/cm3,耐压强度达到5.24?7.20Mpa,显气孔率为90%?92%。
[0054]实施例5
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.55?2.7):1。
[0055]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(1.4?1.6)。
[0056]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.3wt%的助烧剂和0.Γ0.3wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0057]步骤四、将混合粉体升温至10(T12(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?15h，得到固化后的坯体。
[0058]步骤五、将固化后的坯体升温至160(Tl70(rC，保温3飞h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0059]本实施例中:所述氧化铝细粉为致密刚玉细粉；所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉；所述糖为果糖；所述的助烧剂为B2O3微粉和BC4微粉的混合物；所述的恒温箱的温度为12(Tl50°C。
[0060]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.38、.49g/cm3,耐压强度达到7.20?9.60Mpa,显气孔率为86%?89%。
[0061]实施例6
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.55?2.7):1。
[0062]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(1.6?1.8)。
[0063]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.3?0.5wt%的助烧剂和0.3?0.5wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0064]步骤四、将混合粉体升温至15(T18(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?15h，得到固化后的坯体。
[0065]步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl60(rC，保温7、h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0066]本实施例中:所述氧化铝细粉为板状刚玉细粉；所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉；所述糖为葡萄糖；所述的助烧剂为BC4微粉和MgF2微粉的混合物；所述的恒温箱的温度为15(Tl80°C。
[0067]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.45、.54g/cm3,耐压强度达到8.40?10.20Mpa,显气孔率为85%?87%。
[0068]实施例7
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.55): I。
[0069]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(1.(Tl.2)。
[0070]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.3?0.5wt%的助烧剂和0.Γ0.3wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0071]步骤四、将混合粉体升温至18(T20(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化15?25h，得到固化后的坯体。
[0072]步骤五、将固化后的坯体升温至160(Tl70(rC，保温5?7h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0073]本实施例中:所述氧化铝细粉为工业氧化铝细粉；所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉；所述糖为蔗糖；所述的助烧剂为MgF2微粉和AlF3微粉的混合物；所述的恒温箱的温度为 150?180°C。
[0074]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.24、.36g/cm3,耐压强度达到4.25?7.80Mpa,显气孔率为90%?94%。
[0075]实施例8
一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是:
步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.55?2.7):1。
[0076]步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(1.2?1.4)。
[0077]步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.3wt%的助烧剂和0.3?0.5wt%的AC发泡剂，混合均匀，得到混合粉体。
[0078]步骤四、将混合粉体升温至10(T12(TC，保温l?3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?15h，得到固化后的坯体。
[0079]步骤五、将固化后的坯体升温至160(Tl70(rC，保温7、h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
[0080]本实施例中:所述氧化铝细粉为a -Al2O3细粉；所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉；所述糖为果糖；所述的助烧剂为B2O3微粉和AlF3微粉的混合物；所述的恒温箱的温度为120阿?150。。。
[0081]本实施例所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.27、.38g/cm3,耐压强度达到6.04?8.20Mpa,显气孔率为90%?92%。
[0082]本【具体实施方式】与现有技术相比具有的优点和积极效果:
1、本【具体实施方式】由于氧化铝细粉和镁砂细粉表面和糖分子-OH间的亲水性相互作用，粉体能较均匀地分散在熔融的糖熔液中，所得的分散体系成分均匀，烧成时不会由于粉体分布不均匀而产生裂纹。
[0083]2、本【具体实施方式】以糖作为发泡剂，利用糖分子的-OH之间缩合产生的水蒸汽进行发泡，所产生的气泡通过细粉颗粒吸附在气液界面和分散体系粘度的增加被稳定，有利于形成均匀的气孔，最终形成相互连接的蜂窝状显微结构，具有较高的通孔率和强度。
[0084]3、本【具体实施方式】工艺简单，且在整个制备过程中无有害气体排放，利于环境保护。
[0085]4、本【具体实施方式】所制得的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的体积密度为0.12、.54g/cm3,耐压强度达到2.50?10.2Mpa，显气孔率为85%?97%。
[0086]因此，本【具体实施方式】具有工艺简单和环境友好的特点；所制备的镁铝尖晶石泡沫陶瓷无裂纹、体积密度低、通孔率高和强度大。
【权利要求】
1.一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是: 步骤一、将氧化铝细粉和镁砂细粉为原料混合，其中:氧化铝细粉:镁砂细粉的质量比为(2.4?2.7): I ； 步骤二、将糖与所述原料为混合料混合，其中:糖:所述原料的质量比为1:(0.6?1.8)； 步骤三、向混合料中加入所述混合料0.Γ0.5wt%的助烧剂和0.Γ0.5wt%的AC发泡齐U，混合均匀，得到混合粉体； 步骤四、将混合粉体升温至10(T20(TC，保温f3h，得到混合粉体分散在糖熔液中的分散体系，再将所述分散体系置于恒温箱中，起泡和固化8?25h，得到固化后的坯体； 步骤五、将固化后的坯体升温至150(Tl70(rC，保温3、h，即得镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
2.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述氧化铝细粉为工业氧化铝细粉、a -Al2O3细粉、白刚玉细粉、棕刚玉细粉、致密刚玉细粉和板状刚玉细粉中的一种，所述氧化铝细粉的粒径小于44μ m。
3.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉或为烧结镁砂细粉，所述镁砂细粉的粒径小于44 μ m。
4.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述糖为果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖中的一种，所述糖的纯度大于99.0wt%。
5.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的恒温箱的温度为12(Tl80°C。
6.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的助烧剂为B2O3微粉、BC4微粉、MgF2微粉和AlF3微粉中的一种或两种。
7.一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷，其特征在于所述镁铝尖晶石泡沫陶瓷是根据权利要求1飞项中任意一项所述的镁铝尖晶石泡沫陶瓷的制备方法所制备的镁铝尖晶石泡沫陶瓷。
【文档编号】C04B35/443GK104311116SQ201410560495
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】李远兵, 黄柯柯, 徐娜娜, 李淑静, 廖佳, 李亚伟, 桑绍柏 申请人:武汉科技大学