本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种六铝酸钙轻质高强材料及其制备方法。
背景技术
六铝酸钙，化学式为caal12o19，简写为ca6，是cao-al2o3二元系统中重要的化合物和al2o3含量最高的铝酸钙相。ca6的理论密度为3.79g/cm3，熔点达到1875℃，具有很多优良的性能：在碱性环境下抗化学侵蚀能力强；还原气氛下稳定性高；在含氧化铁熔渣中的溶解度低；热膨胀系数为8.0×10-6℃-1，与氧化铝的热膨胀系数(8.6×10-6℃-1)接近，抗热冲击性能高。
目前，六铝酸钙的制备存在生产成本高，不能大规模工业化生产和使用，得到的六铝酸钙制品强度和成品率低等问题。
授权公告号为cn105036167n的发明专利公开了一种利用工业氧化铝粉和铝酸盐水泥混合，成球，烘干，烧结，破碎得到六铝酸钙材料粉体的方法。但是此方法中，所用原料铝酸盐水泥纯度低，铁、钠、硅等杂质含量较高，会降低制得的六铝酸钙材料的高温使用性能。
授权公告号为cn103553101b的发明专利公开了一种利用钙质原料、铝质原料、水、醇、胺和碱为原料制备轻质六铝酸钙的方法，此方法需将原料置于高温釜内进行水热反应，固液分离后再进行煅烧，工艺过程所用原料成本高、设备要求高、投入大、生产效率低下。
技术实现要素：
本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供了一种体积密度小，抗折强度大，孔径分布均匀，性能稳定的六铝酸钙材料材料。所用生产方法设备投入小，绿色环保，成品率高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种六铝酸钙轻质高强材料的制备方法，包括如下步骤：
a.球磨：以85～93wt％铝源粉，7～15wt％钙源粉为原料，向所述原料中加入一定量的无水乙醇，以氧化铝球作为研磨介质进行球磨，得到混合料；
b.干燥：将所述混合料放入恒温鼓风干燥箱，在100～120℃温度条件下干燥50～80分钟；
c.第一次热处理：干燥后的混合料在1100℃～1300℃条件下第一次热处理，所述热处理时间为50～80分钟，冷却；
d.水化：将第一次热处理后的混合料加入到足量的蒸馏水中水化，所述水化时间为12～18小时；
e.成型：所得水化产物在100～120℃下干燥至水分完全蒸发，所得混合物再破碎，研磨，压制成型；
f.第二次热处理：将压制成型坯料放入马弗炉中，在1500℃～1600℃条件下第二次热处理，热处理时间为180～240分钟，随炉自然冷却，即得六铝酸钙轻质高强材料。
所述铝源为α-氧化铝粉或氢氧化铝粉的一种；所述优质钙源为碳酸钙粉或氢氧化钙粉的一种。
作为优选，所述α-氧化铝粉的al2o3含量≥95wt％，所述氢氧化铝粉的al(oh)3含量≥95wt％。
作为优选，所述碳酸钙粉的caco3含量≥95wt％，所述氢氧化钙的ca(oh)2含量≥95wt％。更少杂质的引入可以保证所制得产品有更高的机械性能及热稳定性能。
作为优选，所述步骤1中无水乙醇与所述原料质量比为2～3:1。酒精的加入可以防止球磨过程中粉体在磨球上的粘附及粉体间的聚集。
作为优选，所述步骤5中控制压制成型过程压强40～60mpa。
本发明还提供了一种轻质高强的六铝酸钙材料，其是由上述制备方法制得的。
本发明的有益效果为：
1、本发明所采用制备方法中所选取原料经第一次热处理及水化过程后得到的水化产物为cah10、c2ah8、ah3和c3ah6中的一种或几种，其在微观层面为三维结构的联结，能有效加强颗粒间的作用，易于二次烧结，可提升六铝酸钙轻质高强材料的强度和成品率。
2、本发明采用优质α-氧化铝粉、氢氧化铝粉和碳酸钙粉、氢氧化钙粉为原料，杂质较少，所制备的六铝酸钙轻质高强材料纯度高，性能稳定。
3、本发明选用的原料来源丰富，成本低廉，制备过程无需特殊的设备和处理技术，无有害气体排放，利于环境保护。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
以85wt％的α-氧化铝粉和15wt％的碳酸钙粉为原料，向其中加入所述原料200wt％的无水乙醇，用氧化铝球作为研磨介质球磨，得到混合料；将所得混合料放在恒温鼓风干燥箱内，在100℃下干燥80分钟；干燥后的混合物在1100℃条件下第一次热处理80分钟，冷却后加入到足量的蒸馏水中，水化15小时，水化产物在120℃下干燥至水分完全蒸发，得到的混合物再破碎，研磨，在40mpa下压制成型；将压制成型坯料放入马弗炉中，在1500℃条件下第二次热处理240分钟，随炉自然冷却，即制得六铝酸钙轻质高强材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质高强材料的体积密度为1.62g·cm-3，抗折强度为12mpa，成品率为97.7％。
实施例2
以93wt％的α-氧化铝粉和7wt％的氢氧化钙粉为原料，向其中加入所述原料300wt％的无水乙醇，用氧化铝球作为研磨介质球磨，得到混合料；将混合料放在恒温鼓风干燥箱内120℃下干燥50分钟；干燥后的粉体在1300℃条件下第一次热处理50分钟，冷却后加入到足量的蒸馏水中，水化时间18小时；所得水化产物在100℃下干燥至水分完全蒸发，得到的混合物再破碎，研磨，在60mpa下压制成型；将压制成型坯料放入马弗炉中，在1600℃条件下第二次热处理180分钟，随炉自然冷却，即制得六铝酸钙轻质高强材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质高强材料的体积密度为1.99g·cm-3，抗折强度为18mpa，成品率为：97.5％。
实施例3
以89wt％的氢氧化铝粉和11wt％的碳酸钙粉为原料，向其中加入所述原料300wt％的无水乙醇，用氧化铝球作为研磨介质球磨，得到混合料；将混合料放在恒温鼓风干燥箱内110℃下干燥65分钟；干燥后的粉体在1200℃条件下第一次热处理65分钟，冷却后加入到足量的蒸馏水中，水化时间15小时，所得水化产物在110℃下干燥至水分完全蒸发；得到的混合物再破碎，研磨，在50mpa下压制成型；将压制成型坯料放入马弗炉中，在1550℃条件下第二次热处理210分钟，随炉自然冷却，即制得六铝酸钙轻质高强材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质高强材料的体积密度为2.15g·cm-3，抗折强度为16mpa，成品率为：98.2％。
实施例4
以91wt％的氢氧化铝粉和9wt％的氢氧化钙粉为原料，向其中加入所述原料300wt％的无水乙醇，用氧化铝球作为研磨介质球磨，得到混合料；将混合料放在恒温鼓风干燥箱内110℃下干燥70分钟；干燥后的粉体在1200℃条件下第一次热处理70分钟；冷却后加入到足量的蒸馏水中，水化时间15小时；水化产物在110℃下干燥至水分完全蒸发，得到的混合物再破碎，研磨，在50mpa下压制成型；将压制成型坯料放入马弗炉中，在1600℃条件下第二次热处理200分钟，随炉自然冷却，即制得六铝酸钙轻质高强材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质高强材料的体积密度为2.06g·cm-3，抗折强度为14mpa，成品率为98.8％。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下优点：
1、本具体实施例所采用制备方法中所选取原料经第一次热处理及水化过程后得到的水化产物为cah10、c2ah8、ah3和c3ah6中的一种或几种，其在微观层面为三维结构的联结，能有效加强颗粒间的作用，易于二次烧结，可提升六铝酸钙轻质高强材料的强度和成品率。
2、本具体实施例采用优质α-氧化铝粉、氢氧化铝粉和碳酸钙粉、氢氧化钙粉为原料，杂质较少，所制备的六铝酸钙轻质高强材料纯度高，性能稳定。
3、本发明选用的原料来源丰富，成本低廉，制备过程无需特殊的设备和处理技术，无有害气体排放，利于环境保护。
以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之上所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。