[发明专利]基于高钠工业氧化铝原位合成莫来石多孔陶瓷及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于高钠工业氧化铝原位合成莫来石多孔陶瓷及制备方法。其技术方案是：按高钠工业氧化铝细粉∶三级矾土细粉的质量比为1∶(2.3～3.3)配料，将高钠工业氧化铝细粉和三级矾土细粉置于球磨机内混合，得混合料；再外加混合料10～20wt％的聚乙烯醇溶液，混合，即得陶瓷粉；将陶瓷粉于80～150MPa条件下机压成型，在100～110℃条件下干燥；然后置于马弗炉中，在空气气氛和1550～1650℃条件下保温2～3小时，冷却，制得基于高钠工业氧化铝原位合成莫来石多孔陶瓷。所述高钠工业氧化铝细粉的主要化学成分：Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;≥98wt％，Nasubgt;2/subgt;O≥1.2wt％；本发明成本低廉、节省能源和环境友好；所制备的制品抗热震性好、透气性好和力学性能优异，经济效益显著。

技术领域

本发明属于莫来石多孔陶瓷技术领域。具体涉及一种基于高钠工业氧化铝原位合成莫来石多孔陶瓷及制备方法。

背景技术

工业氧化铝作为生产刚玉的主要原料常被应用于耐火材料领域。目前世界上95%的工业氧化铝都是通过拜耳法生产的，由于生产过程中需要加入NaOH溶液以溶出氧化铝，因此在煅烧后的工业氧化铝产品中存在部分的Na₂O，如式（1）所示，作为杂质的1%Na₂O在高温下会与Al₂O₃生成16%的β-Al₂O₃，β-Al₂O₃的脆性远高于α-Al₂O₃，因此材料的机械性能会显著降低。并且工业氧化铝具有母盐分解留下的大量孔隙，在烧结过程中由于相变或脱水等反应，导致结构内存在大量天然孔隙。

（1）

莫来石多孔陶瓷是一种经高温烧成，内部具有大量彼此连通或孤立气孔的陶瓷材料。工业氧化铝常作为氧化铝源来合成莫来石多孔陶瓷。

（1）王涛等（王涛等. 微硅粉原位合成莫来石制备高强度多孔陶瓷材料[J]. 硅酸盐通报, 2013, 32(11): 2244-2248.）利用硅微粉与工业氧化铝为起始原料，通过原位反应制备了莫来石多孔陶瓷。虽然制备了莫来石晶体交织结构的多孔陶瓷，但是所用工业氧化铝的Al₂O₃含量为99.75%，杂质含量极少，因此原料除杂成本高。并且加入了造孔剂，未有效利用工业氧化铝母盐假象的天然孔隙结构，造成了成本提高的同时对环境产生了污染。

（2）陈纲领等（陈纲领等. 原位反应烧结制备高强度多孔莫来石支撑体[J]. 稀有金属材料与工程, 2008, 37(z1): 74-77.）以粘土矿物和工业氧化铝为原料，通过原位反应烧结制备了多孔莫来石支撑体，优点是制备的莫来石支撑体具有良好的孔结构与较高的机械性能，但缺点是：在烧结过程中添加了长石以提供莫来石生长的液相环境，为体系引入了更多的杂质，同时其孔结构主要由莫来石晶柱构成，随着烧结温度的升高，材料的致密化进程加快，孔径尺寸降低，且高强度与高气孔率的优点无法兼得。

高钠工业氧化铝细粉为未经除钠工艺处理的低品位工业氧化铝，工业氧化铝中的Na₂O通常被认为是一种有害杂质，在氧化铝产品的标准（GB/T 24487-2009）内也严格限制了Na₂O的含量（Na₂O0.7wt%）。因此为降低工业氧化铝中的Na₂O含量，常需消耗大量资源与能源（如通过对β-Al₂O₃进行高温煅烧使其转变为气相来降低Na₂O含量），而对于高Na₂O含量的工业氧化铝的用于合成莫来石多孔陶瓷未见公开报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉和环境友好的基于高钠工业氧化铝原位合成莫来石多孔陶瓷的制备方法；用该方法所制备的基于高钠工业氧化铝原位合成莫来石多孔陶瓷的抗热震性好、透气性好和力学性能优异，经济效益显著。