一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖的制作方法

1.本发明涉及陶瓷制品，具体涉及一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖。


背景技术：

2.在化工、冶金、石油等行业中各种塔、池、罐、槽的防腐内衬，都是采用耐高温、耐急冷、抗强酸腐蚀的材料。目前使用的耐酸砖强度只有45mpa作用，陶瓷耐酸度为98%左右，难以满足设备在高温高压、强腐蚀条件下连续运行。因此，发明一种高耐酸高强度抗热震耐酸砖能有助于延长生产设备的使用寿命，降低生产成本。
3.莫来石( 3al2o3
·
2sio2) 具有抗蠕变能力高、热膨胀系数和导热系数低、较好的抗热震性能和抗腐蚀性能好等优异的性能。莫来石晶须不但具有莫来石质材料的性能，而且作为长径比较大的完整单晶体具有更加优良的力学性能，是一种优异的陶瓷基复合材料增强增韧相。由于合成的莫来石晶须和基体材料具有共同的成分，因此，原位合成莫来石晶须，进而通过晶须的拔出、裂纹的桥接等机制起到增强增韧耐酸砖的作用，这不仅可以提高耐酸砖的抗热冲击性能和使用寿命，还有助于降低耐酸砖的制造成本。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高强度抗热震的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖。
5.本发明所述的一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖，它用下述方法制备而成：按重量百分计，将铝矾土50~70%、高岭土20~40%、长石粉2~10%、滑石粉2~10%、烧结助剂1~8%混合后，加入适量水球磨混合，再将混合料陈腐，再经真空练泥后压力成型，成型后的产品放入烘房烘干，将烘干的产品在1300~1500℃温度下，保温时间3~8小时，通过固相反应使氧化铝和氧化硅原位合成莫来石晶须。
6.本发明的要点在于：一是利用莫来石晶须具有很高的机械强度、优良的化学稳定性和抗急冷急热性能，通过晶须的拔出、裂纹偏转和桥联等机制起到增强增韧耐酸砖的作用，二是利用铝矾土中α
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al2o3，提高耐酸砖中的刚玉比重，提高其机械强度和耐腐蚀性能。
7.所述烧结助剂为氧化钇、碳钛化铝、氟化钙、氧化铋、五氧化二钒中的一种或几种混合而成。该助剂在烧结过程中形成液相，氧化铝和氧化硅在烧结助剂的作用下反应形成莫来石晶相，并在液固生长机理的作用下形成莫来石晶须。烧结过程中液相的形成也有助于降低耐酸砖的烧成温度，降低其生产成本。
8.一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖的制备方法，该制备方法包括以下几个步骤：a.将各种原料配比；b. 将混合后的物料装入球磨机进行球磨；c. 把球磨混合均匀的泥料送入喷雾干燥塔进行干燥，获得球形度高的原料；d. 把喷雾干燥获得的原料送入压机，干压成目标产品；c. 成型后的产品放入烘房进行深度烘干；d. 烧成，该工序是产品生产的重要工序，为保证配方设计时耐酸砖中应用的晶体种类和形态，根据原料的成分，在高温下，通过固相反应原位合成莫来石晶须。在烧成工艺中，烧成温度
应控制在1300~1500℃，保温时间控制在3~8小时。
9.本发明的主要技术指标：体积密度（g/cm3）：2.0
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2.5， 吸水率（%）：≤2，耐酸度（%）：≥99.5，抗压强度（mpa）：≥70， 气孔率（%）：≤10，热急冷急热性（350℃
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20℃）：三次不裂、不剥落。
10.本发明具有抗蠕变能力高、热膨胀系数和导热系数低、较好的抗热震性能和抗腐蚀性能好等优异的性能。莫来石晶须不但具有莫来石质材料的性能，而且作为长径比较大的完整单晶体具有更加优良的力学性能，是一种优异的陶瓷基复合材料增强增韧相。由于合成的莫来石晶须和基体材料具有共同的成分，因此，原位合成莫来石晶须，进而通过晶须的拔出、裂纹的桥接等机制起到增强增韧耐酸砖的作用，这不仅可以提高耐酸砖的抗热冲击性能和使用寿命，还有助于降低耐酸砖制造成本，有助于延长生产设备的使用寿命，降低生产成本。
附图说明
11.图1是本发明所述晶须结构示意图，图2是本发明物相分析图，图3是本发明实施例一制得的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖金相组织图，图4是本发明实施例二制得的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖金相组织图，图5是本发明实施例三制得的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖金相组织图，图6是本发明实施例四制得的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖金相组织图。
具体实施方式
12.实施例一：一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖，以69%的铝矾土、15%的高岭土、9%的长石粉和2%的滑石粉为原料，加入5%的氧化钇烧结助剂（重量百分比），以适量水为介质根据制作工艺进行原料配料
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球磨
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喷雾干燥
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成型
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干燥
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将烘干的产品在1300~1500℃温度下，保温时间3~8小时，通过固相反应使氧化铝和氧化硅原位合成莫来石晶须，制备出所需莫来石晶须增强耐酸砖。产品强度为75.2mpa，显微结构如图3所示，xrd如图4所示。本实施例所制备的莫来石晶须增强耐酸砖中晶须直径为0.14μm，晶须长度为1~3μm之间。采用x射线衍射对产品进行物相分析可知，该晶须为莫来石晶须。在微裂纹扩散到莫来石晶须与基体的界面时，会发生裂纹偏转，接下来晶须脱粘和晶须拔出，于是裂纹尖端应力松弛，从而减缓了裂纹的扩展，对耐酸砖起到了增强增韧的效果，提高了耐酸砖的抗热震性能。耐酸砖中的刚玉相也能有效的提升耐酸砖的耐酸度，显微结构如图3所示。
13.实施例二：一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖，以66%的铝矾土、18%的高岭土、9%的长石粉和3%的滑石粉为原料，加入4%（重量百分比）的氧化钇和碳钛化铝（重量比1：1）混合烧结助剂，根据制作工艺进行原料配料
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球磨
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喷雾干燥
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成型
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干燥
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，将烘干的产品在1300~1500℃温度下，保温时间3~8小时，通过固相反应使氧化铝和氧化硅原位合成莫来石晶须，制备出原位合成莫来石晶须增强耐酸砖。本实施例所制备的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖强度为78.1mpa，显微结构如图5所示，莫来石晶须直径约为0.21μm，晶须长度为2~4μm，显微结构如图4所示。
14.实施例三：一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖，以64%的铝矾土、20%的高岭土、10%的长石粉和3%的滑石粉为原料，加入3%的氧化钇、碳钛化铝和氟化钙（重量比1：1：0.6）混合烧结助剂，根据制作工艺进行原料配料
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球磨
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喷雾干燥
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成型
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干燥
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，将烘干的产品在1300~1500℃温度下，保温时间3~8小时，通过固相反应使氧化铝和氧化硅原位合成莫来石晶须，制备出原位合成莫来石晶须增强耐酸砖。本实施例制备出的原位合成莫来石增强耐酸砖强度为78.9mpa，显微结构如图6所示。莫来石晶须直径约为0.18μm，晶须长度为3~5μm，显微结构如图5所示。
15.实施例四：一种原位合成莫来石晶须增强耐酸砖，以60%的铝矾土、23%的高岭土、12%的长石粉和3%的滑石粉为原料，加入2%的五氧化二钒烧结助剂，根据制作工艺进行原料配料
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球磨
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喷雾干燥
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成型
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干燥
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，将烘干的产品在1300~1500℃温度下，保温时间3~8小时，通过固相反应使氧化铝和氧化硅原位合成莫来石晶须，制备出原位合成莫来石晶须增强耐酸砖。本实施例制备出的原位合成莫来石晶须增强耐酸砖强度73.6mpa，莫来石晶须的直径为0.1~0.5μm，晶须长度为2~5μm，显微结构如图6所示。