一种致密六铝酸钙陶瓷的制备方法与流程

本发明涉及六铝酸钙陶瓷制备领域，尤其涉及一种致密六铝酸钙陶瓷的制备方法。

背景技术：

1、六铝酸钙(caal12o19，ca6)是cao-al2o3体系中最富铝的中间化合物，其由镜面[caalo3]-分隔的层状尖晶石块[al11o16]+组成，呈六边形结构。ca6具有良好的抗渣蚀性、抗热震性和抗蠕变性，是一种很有前途的耐火材料。而松散的结构会导致强度低，抗熔渣能力差，从而影响ca6在钢铁、石化等需要高密度行业的应用。由于抑制了离子的层间扩散，ca6化合物的细长形貌使其难以通过固相反应致密化。如，1600oc烧结的ca6的开气孔率相当高（> 20%），导致其强度和抗熔渣性能下降。因此，如何在1650oc以下温度获得高容重的ca6对其在钢铁、石化等领域的应用具有重要意义。

2、ca6的结构决定了其各向异性晶体生长，晶核较好地沿基面生长，形成具有薄片或片状特征的ca6晶粒。但是，薄片结构抑制了其密度的提高，在1600oc~1650 oc制备的ca6的密度通常仅为1.9-2.5 g/cm3（ca6的理论密度是3.79 g/cm3）。目前，大多报道的ca6是薄片结构的，其厚度在100到500纳米，密度较低。li等以轻质碳酸钙和活性氧化铝为原料，在1650℃、200mpa条件下制备出密度为2.5 g/cm3、孔隙率为35%的ca6，其远达不到于某些特殊应用的要求。iglesia和nagaoka等人分别采用火花等离子烧结和热压法制备了具有等轴晶形貌的致密ca6陶瓷，其在沿c轴方向的缺陷可以提高ca6的致密化，然而，上述方法制备的ca6开气孔率（18.5%）仍然很高。近年来，在1650℃以下合成的ca6大部分在1.8~2.3 g/cm3的范围内，甚至在1700℃下合成的ca6也不能达到3.0 g/cm3的密度。

3、ca6致密化和改变晶化最基本的方法是在c轴或尖晶石块之间产生更多的缺陷，增加沿c轴的扩散速率。ca2+和al3+在ca6中的有效扩散系数之比为8:3，对ca2+或al3+的取代对ca6陶瓷致密化具有促进作用。因此，从结构调整方面考虑，离子取代是一种提高ca6致密度的较好方法。然而，现有技术难获得可在不高于1600oc烧结温度下制备致密ca6陶瓷的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种致密六铝酸钙陶瓷的制备方法。

2、本发明的创新点在于本发明中通过使用ba2+取代ca2+和ti4+取代al3+的ba和ti共掺杂的方法，提高了ca6的致密度，可在钢铁、石化等行业应用。

3、为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

4、一种致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、（1）取al2o3粉末、caco3粉末、bao粉末、tio2粉末为原料，所述al2o3粉末、caco3粉末、bao粉末、tio2粉末的质量比为6.12:1:0.07~0.2:0.07~0.28；

6、（2）将原料以氧化铝球为球磨介质，在乙醇溶液中球磨12~24h得到球磨浆料；

7、（3）将球磨浆料在90~100℃下干燥12~24h得到混合粉末；

8、（4）将干燥后的混合粉末经80~100目筛得到过筛粉末，将过筛粉末干压成型，然后在高温炉中煅烧，煅烧后随炉冷却至室温后取出，制得成品。

9、进一步地，所述al2o3粉末粉末纯度为≥99.5%，caco3粉末纯度为≥99%，bao粉末纯度为≥99.5%，tio2粉末纯度为≥99%。

10、进一步地，所述步骤（2）中球磨时原料：球磨介质：乙醇溶液的质量比为1:1~2.5:2~4。

11、进一步地，所述步骤（4）中高温炉中煅烧温度为1500~1600℃，时间为2~4h。

12、进一步地，所述氧化铝球的直径为4~8mm。

13、进一步地，所述步骤（2）中球磨时球磨速度为200~250r/min。

14、进一步地，所述乙醇溶液的浓度为50~70%。

15、本发明的有益效果是 ：

16、1、本发明中通过使用ba2+取代ca2+和ti4+取代al3+的ba和ti共掺杂的方法，由于ba2+和ti4+的协同效应，提高了ca6的致密度，可在钢铁、石化等行业应用。

17、2、本发明中的制备方法只需将粉料混合均匀，成型，干燥后烧结，烧结温度低，成本低廉和工艺简单。

18、3、本发明中用ba2+取代ca2+，增加了ca6的短轴方向长度。用ti4+取代al3+，会在ca6的镜像面形成al空位。当更多的al空位在镜像面产生时，镜像面和尖晶石块之间的空位浓度会变化很大，从而促进ca6致密。

技术特征：

1.一种致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述al2o3粉末粉末纯度为≥99.5%，caco3粉末纯度为≥99%，bao粉末纯度为≥99.5%，tio2粉末纯度为≥99%。

3.根据权利要求1所述的致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中球磨时原料：球磨介质：乙醇溶液的质量比为1:1~2.5:2~4。

4.根据权利要求1所述的致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中高温炉中煅烧温度为1500~1600℃，时间为2~4h。

5.根据权利要求1所述的致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述氧化铝球的直径为4~8mm。

6.根据权利要求1所述的致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中球磨时球磨速度为200~250r/min。

7.根据权利要求1所述的致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液的浓度为50~70%。

技术总结
本发明公开了一种致密六铝酸钙陶瓷的制备方法，包括以下步骤：取Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末、CaCO<subgt;3</subgt;粉末、BaO粉末、TiO<subgt;2</subgt;粉末为原料，所述Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末、CaCO<subgt;3</subgt;粉末、BaO粉末、TiO<subgt;2</subgt;粉末的质量比为6.12:1:0.07~0.2:0.07~0.28；将原料以氧化铝球为球磨介质，在乙醇溶液中球磨12~24h得到球磨浆料；将球磨浆料在90~100℃下干燥12~24h得到混合粉末；将干燥后的混合粉末经80~100目筛得到过筛粉末，将过筛粉末干压成型，然后在高温炉中煅烧，煅烧后随炉冷却至室温后取出，制得成品。本发明中通过使用Ba<supgt;2+</supgt;取代Ca<supgt;2+</supgt;和Ti<supgt;4+</supgt;取代Al<supgt;3+</supgt;的Ba和Ti共掺杂的方法，提高了CA6的致密度，可在钢铁、石化等行业应用。

技术研发人员：殷波,范昌龙,郑益锋,毛旭敏,蒋旭,徐勇
受保护的技术使用者：宜兴摩根热陶瓷有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13