本发明涉及氧化铝耐火材料领域，具体而言，涉及一种海绵氧化铝及其制备方法与应用。
背景技术：
目前的耐火材料或陶瓷刚玉制品一般是直接加入ɑ-Al2O3、各种刚玉或其它氧化铝原料来提高制品的高温性能，得制品的抗热震性能并不是很理想，为了改善热震性能或提高制品的韧性，往往是通过加入其它物料形成第二相或者是反应形成微小裂纹。
通过加入其它物料形成第二相或者是反应形成微小裂纹的方法在生产过程中难以混合均匀，称量过程也容易产生偏差，烧成过程对温度控制要求高，很容易产生大裂纹，或升降温速度过快容易形成玻璃相，以及因两次莫来石化尖晶石化等使制品的尺寸超出要求，而在浇注料中可能还没有达到反应温度，这种莫来石化或尖晶石化等不能起到提高韧性的作用。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种海绵氧化铝的制备方法，所述的海绵氧化铝的制备方法工艺简单，能够得到具有特定包覆形式海绵结构的氧化铝产品，有效提高了氧化铝产品的抗热震性能和高温韧性。
本发明的第二目的在于提供一种采用所述的海绵氧化铝的制备方法制备得到的海绵氧化铝，所述的海绵氧化铝具有特定包覆形式的海绵结构，具有优异的抗热震性能和高温韧性。
本发明的第三目的在于提供一种采用所述的海绵氧化铝的制备方法制备得到的海绵氧化铝的应用，所述的海绵氧化铝可直接应用于各种耐火或陶瓷制品中来提高制品的抗热震性能和高温韧性，同时没有其它低温物相或玻璃相的产生而降低制品的高温性能，在定形制品中也不会因产生第二相而影响制品的尺寸精度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种海绵氧化铝的制备方法，将氢氧化铝的团聚体经过氧化铝溶胶浸渍，煅烧得到海绵氧化铝。
本发明海绵氧化铝的制备方法，采用经过氧化铝溶胶浸渍的氢氧化铝的团聚体为煅烧原料，氢氧化铝的团聚体表面包覆一层含氧化铝的氧化铝溶胶，在煅烧过程中，氢氧化铝团聚体中的氢氧化铝会失掉结构水并发生晶型转变，产生较大的收缩，外层包裹的氧化铝胶体也会产生收缩，但相对于氢氧化铝团聚体的收缩比例小，这样最终得到的内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝；这种特定的具有包覆结构的海绵结构，能够极大地提高氧化铝的抗热震性能和高温韧性。
优选地，所述氢氧化铝的团聚体包括纯氢氧化铝的团聚体，或氧化铝和氢氧化铝的混合团聚体。
优选地，所述氧化铝和氢氧化铝的混合团聚体中氧化铝的用量为氧化铝和氢氧化铝总质量的1％-99％，优选为30％-70％，进一步优选为40％-60％。
优选地，所述氢氧化铝的团聚体的粒径为1mm以下，优选为500μm以下，进一步优选为100μm以下。
优选地，所述氢氧化铝的团聚体与氧化铝溶胶的质量比为2.4-4:1，优选为2.9-3.5:1，进一步优选为3-3.4:1。
优选地，所述煅烧的煅烧温度为600-1450℃，优选为900-1450℃，进一步优选为1200-1450℃。
优选地，所述煅烧的煅烧时间为1-6小时，优选为2-5小时，进一步优选为3-4小时。
优选地，将氢氧化铝的团聚体干燥后再经过氧化铝溶胶浸渍。
优选地，将氢氧化铝的团聚体经过氧化铝溶胶浸渍后，先进行干燥，再进行煅烧。
采用上述的一种海绵氧化铝的制备方法制备得到的一种海绵氧化铝，内部为多孔状氧化铝团聚体，多孔状氧化铝团聚体的表面包覆一层网状氧化铝，整体构成海绵氧化铝结构。
本发明海绵氧化铝具有特定包覆形式的海绵结构，具有优异的抗热震性能和高温韧性。
上述的一种海绵氧化铝的应用，所述海绵氧化铝用于制备耐火材料或陶瓷材料。
本发明海绵氧化铝可直接应用于各种耐火或陶瓷制品中来提高制品的抗热震性能和高温韧性，同时没有其它低温物相或玻璃相的产生而降低制品的高温性能，在定形制品中也不会因产生第二相而影响制品的尺寸精度。
本发明海绵氧化铝作为原料用于制备耐火材料或陶瓷制品时，所得制品在高温使用时，温度变化过程中制品其它物料颗粒因膨胀会挤压海绵氧化铝，而海绵氧化铝因其独特的结构能提供空间，同时吸收热量僻免因热应力而产生裂纹，在温度降低过程中重新释放能量并恢复这种结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明海绵氧化铝的制备方法，采用经过氧化铝溶胶浸渍的氢氧化铝的团聚体为煅烧原料，氢氧化铝的团聚体表面包覆一层含氧化铝的氧化铝溶胶，在煅烧过程中，氢氧化铝团聚体中的氢氧化铝会失掉结构水并发生晶型转变，产生较大的收缩，外层包裹的氧化铝胶体也会产生收缩，但相对于氢氧化铝团聚体的收缩比例小，这样最终得到的内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝；这种特定的具有包覆结构的海绵结构，能够极大地提高氧化铝的抗热震性能和高温韧性。
本发明海绵氧化铝具有特定包覆形式的海绵结构，具有优异的抗热震性能和高温韧性，可直接应用于各种耐火或陶瓷制品中来提高制品的抗热震性能和高温韧性，同时没有其它低温物相或玻璃相的产生而降低制品的高温性能，在定形制品中也不会因产生第二相而影响制品的尺寸精度。
本发明海绵氧化铝作为原料用于制备耐火材料或陶瓷制品时，所得制品在高温使用时，温度变化过程中制品其它物料颗粒因膨胀会挤压海绵氧化铝，而海绵氧化铝因其独特的结构能提供空间，同时吸收热量僻免因热应力而产生裂纹，在温度降低过程中重新释放能量并恢复这种结构。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供了一种海绵氧化铝的制备方法，将氢氧化铝的团聚体经过氧化铝溶胶浸渍，煅烧得到海绵氧化铝。
本发明海绵氧化铝的制备方法，采用经过氧化铝溶胶浸渍的氢氧化铝的团聚体为煅烧原料，氢氧化铝的团聚体表面包覆一层含氧化铝的氧化铝溶胶，在煅烧过程中，氢氧化铝团聚体中的氢氧化铝会失掉结构水并发生晶型转变，产生较大的收缩，外层包裹的氧化铝胶体也会产生收缩，但相对于氢氧化铝团聚体的收缩比例小，这样最终得到的内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝；这种特定的具有包覆结构的海绵结构，能够极大地提高氧化铝的抗热震性能和高温韧性。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述氢氧化铝的团聚体包括纯氢氧化铝的团聚体，或氧化铝和氢氧化铝的混合团聚体。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述氧化铝和氢氧化铝的混合团聚体中氧化铝的用量为氧化铝和氢氧化铝总质量的1％-99％，优选为30％-70％，进一步优选为40％-60％。
氧化铝和氢氧化铝的混合团聚体中的氢氧化铝会失掉结构水并发生晶型转变，同时与氧化铝一起产生较大的收缩，采用特定用量的与氧化铝和氢氧化铝的混合团聚体，通过对氧化铝用量的调整，能够得到具有不同内层多孔状的氧化铝团聚体，外层包裹的氧化铝胶体也会产生较小的收缩，但相对于团聚体收缩比例小，这样最终得到的里层是氧化铝多孔状的团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体就是海绵氧化铝。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述氢氧化铝的团聚体的粒径为1mm以下，优选为500μm以下，进一步优选为100μm以下。
氢氧化铝的团聚体的特定尺寸限定了所形成的具有包覆结构的海绵结构尺寸，采用特定粒径尺寸的氢氧化铝的团聚体，能够得到具有特定尺寸的具有包覆结构的海绵结构，同时也有助于提高内部结构的稳定性，进一步提高所得海绵氧化铝的抗热震性能和高温韧性。
氧化铝溶胶是一种含有氧化铝的溶胶液体产品，本发明氧化铝溶胶可采用自制氧化铝溶胶或采用市售氧化铝溶胶产品。
氧化铝溶胶的用量为能够在氢氧化铝的团聚体上均匀包覆即可，也可以将氢氧化铝的团聚体浸泡在过量氧化铝溶胶中，通过过滤，倾倒，成型等工艺，除去多余的氧化铝溶胶。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述氢氧化铝的团聚体与氧化铝溶胶的质量比为2.4-4:1，优选为2.9-3.5:1，进一步优选为3-3.4:1。
通过浸渍的方式在氢氧化铝的团聚体外包裹一层氧化铝溶胶，在经过煅烧后氧化铝溶胶会变成网状的氧化铝层，采用特定的氢氧化铝的团聚体与氧化铝溶胶的质量比，能够得到具有特定尺寸结构的具有包覆结构的海绵结构，有助于提高整体结构的稳定性，进一步提高所得海绵氧化铝的抗热震性能和高温韧性。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述煅烧的煅烧温度为600-1450℃，优选为900-1450℃，进一步优选为1200-1450℃。
采用特定煅烧温度，有助于氢氧化铝的团聚体与氧化铝溶胶充分收缩，得到稳定的具有包覆结构的海绵结构。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述煅烧的煅烧时间为1-6小时，优选为2-5小时，进一步优选为3-4小时。
采用特定煅烧时间，有助于氢氧化铝的团聚体与氧化铝溶胶充分收缩，得到稳定的具有包覆结构的海绵结构。
本发明一种优选的具体实施方式中，将氢氧化铝或氢氧化铝和氧化铝的混合物经过喷雾造粒得到团聚体。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述氢氧化铝的团聚体包括球形。
本发明一种优选的具体实施方式中，将氢氧化铝的团聚体干燥后再经过氧化铝溶胶浸渍。
本发明一种优选的具体实施方式中，将氢氧化铝的团聚体经过氧化铝溶胶浸渍后，先进行干燥，再进行煅烧。
本发明一种优选的具体实施方式中，可将氢氧化铝的团聚体经过氧化铝溶胶浸渍后，定型后，再进行煅烧。
采用上述的一种海绵氧化铝的制备方法制备得到的一种海绵氧化铝，内部为多孔状氧化铝团聚体，多孔状氧化铝团聚体的表面包覆一层网状氧化铝，整体构成海绵氧化铝结构。
本发明海绵氧化铝具有特定包覆形式的海绵结构，具有优异的抗热震性能和高温韧性。
上述的一种海绵氧化铝的应用，所述海绵氧化铝用于制备耐火材料或陶瓷材料。
本发明海绵氧化铝可直接应用于(可以煅烧后所得海绵氧化铝整体使用，或粉碎后作为原料使用)各种耐火或陶瓷制品中来提高制品的抗热震性能和高温韧性，同时没有其它低温物相或玻璃相的产生而降低制品的高温性能，在定形制品中也不会因产生第二相而影响制品的尺寸精度。
本发明海绵氧化铝作为原料用于制备耐火材料或陶瓷制品时，所得制品在高温使用时，温度变化过程中制品其它物料颗粒因膨胀会挤压海绵氧化铝，而海绵氧化铝因其独特的结构能提供空间，同时吸收热量僻免因热应力而产生裂纹，在温度降低过程中重新释放能量并恢复这种结构。
实施例1
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取240g氢氧化铝粉，经喷雾造粒形成粒径为1mm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在600℃，煅烧6小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
实施例2
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取237.6g氢氧化铝粉和2.4g氧化铝粉，充分混合，经喷雾造粒形成粒径为1mm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在600℃，煅烧6小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
实施例3
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取4g氢氧化铝粉和396g氧化铝粉，充分混合，经喷雾造粒形成粒径为1mm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在1450℃，煅烧1小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
实施例4
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取168g氢氧化铝粉和120g氧化铝粉，充分混合，经喷雾造粒形成粒径为500μm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在900℃，煅烧5小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
实施例5
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取72g氢氧化铝粉和280g氧化铝粉，充分混合，经喷雾造粒形成粒径为500μm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在1400℃，煅烧2小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
实施例6
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取144g氢氧化铝粉和160g氧化铝粉，充分混合，经喷雾造粒形成粒径为100μm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在1200℃，煅烧4小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
实施例7
一种海绵氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)取96g氢氧化铝粉和240g氧化铝粉，充分混合，经喷雾造粒形成粒径为100μm以下的球形团聚体；
(2)将步骤(1)所得团聚体干燥后经100g氧化铝溶胶(生产商为青岛山科海泰新材料有限公司)浸渍，充分搅拌使氧化铝溶胶均匀涂覆在步骤(1)所得团聚体上；
(3)将步骤(2)所得表面涂覆有氧化铝溶胶的团聚体干燥，在1450℃，煅烧3小时，得到内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝。
对本发明各实施例所得海绵氧化铝进行性能测试，具体包括：
(1)抗弯强度测试方法：
使用LJ-500拉力试验机按国标GB6569-86对试样进行三点弯曲法抗弯强度的测定，试样的受压横断面平行于十字头移动的方向，跨距30mm,十字头加载速度为0.5mm/min。每个均值数据取5根试样的加权平均值。三点弯曲法测定抗弯强度的计算公式为：
式中，Q：三点弯曲强度(MPa)；F：试样断裂时最大负荷(N)；L：跨距(mm)；b：试样断裂处宽度(mm)；h：试样断裂处高度(mm)。
(2)断裂韧性测试方法：
采用单边切口梁法(SENB)：在试样的一侧用内圆切割机加工出一个切槽，切口深度c大约试厚度h的1/2，跨距L＝20-40mm；加载速率为0.05mm/min。在三点弯曲受力下，KIc值的计算公式沿用美国ASTME 399-74中所列公式：
式中
f(c/h)＝2.9(c/h)1/2-4.6(c/h)3/2+21.8(c/h)5/2-37.6(c/h)7/2+38.7(c/w)9/2
其中，KIc：断裂韧性(MPa·m1/2)；Pc：临界载荷(N)；c：槽深(mm)；L：跨距(mm)；b：试样宽度(mm)；h：试样高度(mm)。
(3)抗热震性测试方法：
材料在骤冷骤热的条件下由于表里温差会导致内外热应力，或者局部热应力的失衡，从而造成热冲击，也就是热震。采用室温下的冷水作为热震介质，试样加热到一定温度并且保温一段时间之后，突然放置到热震介质中，使得材料表面热量大量释放，材料表面瞬间受到很大的热应力，而材料内部由于散热较慢，形成了较大温差，热失衡在材料内外形成了应力差，使得材料经受热冲击。以经受热冲击之后的残余抗弯强度(residual flexural strength：σr)与原始抗弯强度(original flexural strength：σ)的比值作为在此温度范围下衡量该材料抗热震性能的指标R，称为抗弯强度残余率。
式中σr：残余抗弯强度；σ：原始抗弯强度。
采用的实验装置为全自动热冲击实验装置。将试条按抗弯强度测试方法中的要求，加工成3mm×4mm×30mm的标准试样(按此尺寸将团聚体浸渍氧化铝溶胶后模压成型，然后煅烧得到)，置于实验装置内在3min内从室温加热到800℃，保温10min，然后置于水中冷却10min，如此循环若干次数，测试试样经过热冲击以后的抗弯强度，然后与试样原始抗弯强度比较，用残余强度所占原始强度百分比来表征材料的抗热震性能。
本发明各实施例所得海绵氧化铝的性能测试结果如表1所示：
表1本发明所得海绵氧化铝的性能测试结果
通过表1可以看出，本发明具有特定结构的海绵氧化铝的抗弯强度可达到500MPa以上，断裂韧性可达到6MPa·m1/2以上，还具有优异的抗热震性能，在反复升温至1000度之后，仍具有45％以上的抗弯强度残余率。
本发明海绵氧化铝的制备方法，采用经过氧化铝溶胶浸渍的氢氧化铝的团聚体为煅烧原料，氢氧化铝的团聚体表面包覆一层含氧化铝的氧化铝溶胶，在煅烧过程中，氢氧化铝团聚体中的氢氧化铝会失掉结构水并发生晶型转变，产生较大的收缩，外层包裹的氧化铝胶体也会产生收缩，但相对于氢氧化铝团聚体的收缩比例小，这样最终得到的内层是多孔状的氧化铝团聚体，外层形成网状氧化铝包裹，整体构成具有包覆结构的海绵氧化铝；这种特定的具有包覆结构的海绵结构，能够极大地提高氧化铝的抗热震性能和高温韧性。
本发明海绵氧化铝具有特定包覆形式的海绵结构，具有优异的抗热震性能和高温韧性，可直接应用于各种耐火或陶瓷制品中来提高制品的抗热震性能和高温韧性，同时没有其它低温物相或玻璃相的产生而降低制品的高温性能，在定形制品中也不会因产生第二相而影响制品的尺寸精度。
本发明海绵氧化铝作为原料用于制备耐火材料或陶瓷制品时，所得制品在高温使用时，温度变化过程中制品其它物料颗粒因膨胀会挤压海绵氧化铝，而海绵氧化铝因其独特的结构能提供空间，同时吸收热量僻免因热应力而产生裂纹，在温度降低过程中重新释放能量并恢复这种结构。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。