一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料及其制备方法

本发明属于耐火材料，具体涉及一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、莫来石质耐火材料是一种优质的高铝质耐火材料，莫来石本身具有热震稳定性好、膨胀均匀和硬度大等优良性能，其制品莫来石砖具有荷重软化温度高、高温蠕变率低和热震稳定性好等优良性能，莫来石砖主要用于高炉热风炉、玻璃窑炉和加热炉等工业炉窑上。目前合成莫来石的主要原料为硅石、高岭土、红柱石、蓝晶石、高铝矾土和工业氧化铝等，但目前所用的原料市场价格都比较昂贵，为了解决目前制备莫来石原料价格昂贵的问题，可以选用锆英石尾矿(主要矿物相为蓝晶石)来合成莫来石，价格远远低于红柱石等制备莫来石的原料，同时选用锆英石尾矿可以实现尾矿的固废利用，还可以保护环境，节约土地。

2、莫来石晶须呈针状或长柱状，具有耐高温、热膨胀系数小、高强度、高弹性模量、高硬度、低热导率和热膨胀系数、较低的电导率和介电常数等优异性能，常被作为陶瓷材料的优异增强增韧材料，可大大提高陶瓷材料的韧性，改良陶瓷材料的机械性能。

3、为了进一步提高莫来石耐火材料的性能，本发明研究了添加莫来石晶须对莫来石耐火材料的性能的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了进一步提高莫来石耐火材料性能，提供了一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料及其制备方法。本发明的材料是将莫来石晶须添加到莫来石耐火材料中，得到的莫来石复合材料的性能进一步提高。

2、本发明的技术方案之一为，一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料，由原料莫来石、粘土和α-al2o3微粉，以及外加的莫来石晶须经烧结而成。

3、进一步的，上述莫来石复合材料，原料中各成分的质量百分含量分别为莫来石92～96％，粘土2～4％，α-al2o3微粉2～4％。

4、进一步的，上述莫来石复合材料，所述莫来石中a/s(al2o3/sio2)质量比为2.01～3.31，优选的，莫来石中a/s(al2o3/sio2)质量比为2.55。

5、进一步的，上述莫来石复合材料，所述莫来石的制备方法为：将原料锆英石尾矿、红柱石或者锆英石尾矿和红柱石的混合物与工业氧化铝按照a/s(al2o3/sio2)质量比为2.01～3.31配料，再外加入原料总质量0.5～1.5wt％的cmc和5～10wt％的水做结合剂，湿法球磨后在150～300mpa压力下压制成型，烘干后，于1400～1600℃保温2～3h，烧成后随炉冷却既得。

6、进一步的，上述莫来石复合材料，所述莫来石晶须为原料总量的0.1～3％，优选的，莫来石晶须为原料总量的2％。

7、进一步的，上述莫来石复合材料，所述莫来石晶须为针状结构，晶须直径为20-40nm，平均长径比为15～20。

8、进一步的，上述莫来石复合材料，莫来石晶须的制备方式为熔盐法，煅烧法，矿物分解法或溶胶凝胶法。

9、本发明的技术方案之二为，一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料的制备方法，包括如下步骤：

10、1)按比例取原料莫来石、粘土和α-al2o3微粉，结合剂以及莫来石晶须，混合均匀，较好的，利用球磨机混合15～30min；其中，所述结合剂为原料总质量0.5～1.5％的cmc和原料总质量3～6％的水；

11、2)将混合均匀的物料在150～300mpa压力下，加压成型，然后干燥，再置于1400～1600℃的加热炉中保温2～3h，随炉冷却既得。

12、进一步的，上述莫来石复合材料的制备方法，粘土的规格为：其中al2o3≥33％，fe2o3≥5.5％，粒度小于0.044mm；α-al2o3微粉规格为：其中al2o3≥99％，粒度小于0.044mm。

13、进一步的，上述莫来石复合材料的制备方法，莫来石粒度小于0.1mm。

14、与现有技术相比，本发明的优势在于：

15、1、与莫来石材料相比，加入莫来石晶须的莫来石复合材料体积密度相近、显气孔率降低、常温耐压强度增大、热膨胀系数减小、高温抗折强度增大，高温蠕变率降低。高温蠕变率<0.5％(1350℃×50h，0.2mpa)，热膨胀系数<4.0×10-6k-1(室温-1500℃)，体积密度2.55-2.70g.cm-3，显气孔率≤20％，常温耐压强度≥65mpa，高温抗折强度≥5mpa。

16、2、莫来石材料加入莫来石晶的可以促进引导莫来石晶粒的生长发育，使莫来石晶粒发育更加完整，试样结构更加致密，通过生成长柱状莫来石纤维，利用纤维增韧增强的特点提高了莫来石复合材料的力学性能，利用莫来石晶须晶格缺陷位错运动少，晶格中质点之间作用力大的特点提高了莫来石砖的抗蠕变能力。

17、3、莫来石原料采用锆英石尾矿，能够降低莫来石复合材料的成本。

技术特征：

1.一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，由原料莫来石、粘土和α-al2o3微粉，以及外加的莫来石晶须经烧结而成。

2.根据权利要求1所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，原料中各成分的质量百分含量分别为莫来石92～96％，粘土2～4％，α-al2o3微粉2～4％。

3.根据权利要求1所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，所述莫来石中a/s质量比为2.01～3.31。

4.根据权利要求1所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，莫来石的制备方法为：将原料锆英石尾矿、红柱石或者锆英石尾矿和红柱石的混合物与工业氧化铝按照a/s质量比为2.01～3.31配料，再外加入原料总质量0.5～1.5wt％的cmc和5～10wt％的水做结合剂，湿法球磨后在150～300mpa压力下压制成型，烘干后，于1400～1600℃保温2～3h，烧成后随炉冷却既得。

5.根据权利要求1所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，所述莫来石晶须为原料总量的0.1～3％。

6.根据权利要求1所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，所述莫来石晶须为针状结构，晶须直径为20-40nm，平均长径比为15～20。

7.根据权利要求1所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，其特征在于，莫来石晶须的制备方式为熔盐法，煅烧法，矿物分解法或溶胶凝胶法。

8.一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的莫来石晶须强化的莫来石复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，混合均匀的方式为利用球磨机混合15～30min。

技术总结
本发明的目的是为了进一步提高莫来石耐火材料性能，提供了一种莫来石晶须强化的莫来石复合材料及其制备方法。本发明的莫来石晶须强化的莫来石复合材料，由原料莫来石、粘土和α‑Al2O3微粉，以及外加的莫来石晶须经烧结而成。本发明的材料是将莫来石晶须添加到莫来石耐火材料中，得到的莫来石复合材料的性能进一步提高。莫来石复合材料体积密度增大、显气孔率降低、常温耐压强度增大、热膨胀系数减小、高温抗折强度增大，高温蠕变率降低。

技术研发人员：吴锋,李心慰,苏玉玺,梁倩,栾旭
受保护的技术使用者：辽宁科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13