專利名稱：氧化鋯-莫來石復合材料的制備方法
技術領域：
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本發(fā)明涉及一種復合材料的制備方法，具體來說是以粉煤灰、鋯英石和氧化鋁粉為原料， 反應燒結合成氧化鋯-莫來石復合材料的技術。
背景技術：
因莫來石(3Al203'Si02)具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械性能，從而使其受到材 料工作者的廣泛關注。通過向莫來石相中引入Zr02可以明顯改善莫來石材W的韌性、強度及 抗渣侵蝕性能。但在制備復合材料的過程中，常存在引入物在基相中分散不夠均勻以及超微 粉引入物價格昂貴等問題，從而易降低復合材料的使用性能，提高其生產成本。
專利號為ZL00125277.1的中國發(fā)明專利申請中提供了一種反應燒結制備氧化鋯-莫來石 復合材料的方法，采用的原料為工業(yè)超細鋯英石和氧化鋁粉。
專利號為ZL200410009081.8的中國發(fā)明專利申請中提供了一種利用高鋁粉煤灰燒結合 成莫來石的方法，采用的原料為高鋁粉煤灰和高鋁礬土，合成的產物是莫來石。
目前尚沒有檢索到關于利用粉煤灰、鋯英石和氧化鋁粉反應燒結合成氧化鋯-莫來石復合 材料方面的公開發(fā)明專利。
粉煤灰是火力發(fā)電廠用鍋爐燒煤排除的一種工業(yè)廢渣，其主要組分是入1203和Si02。據 報道，全世界煤的年總消耗量約為42.26億t,燃煤電廠粉煤灰的年排放量約達2.9億t。我國 煤的年總消耗量約11.06億t，到2020年，我國粉煤灰的年總排放量將達到3億t。大量的粉 煤灰不僅嚴重污染環(huán)境，還需占用大面積的農ffl耕地堆放。因此，對粉煤灰進行大量有效地 利用迫在眉睫。

發(fā)明內容
本發(fā)明以粉煤灰、鋯英石和氧化鋁粉為原料，通過調整配料組成、燒結溫度和保溫時間 等參數(shù)，采用反應燒結法合成出氧化鋯-莫來石復合材料。 本發(fā)明的工藝步驟為
a. 原料的破碎和篩分對原料進行破碎，并過200目的標準篩，取篩下料；
b. 磁選用磁鐵對篩分后的粉煤灰進行磁選，以去除粉煤灰中的單質鐵和鐵磁性物質；
c. 配料和混勻稱量20-50 wtQ/。的粉煤灰、10~35 wt。/。的鋯英石和30~40 wt。/。的氧化鋁粉， 置于球磨罐中，充分混勻；
d. 成型和高溫燒成將混后的試料先10 20MPa的壓力單軸向壓制成型，再以 100 250MPa的壓力等靜壓成型，保IE時間為10 60min;將壓制好的素坯置于高溫爐中于
31350 175(TC燒成。
本發(fā)明顯著的優(yōu)點在于
a. 合成的氧化鋯-莫來石復合材料具有體積穩(wěn)定性好，致密度、強度、韌性高以及抗渣侵 蝕性能優(yōu)異的特點，可廣泛應用于冶金、化工、機械等領域；
b. 主要原料之一粉煤灰是電廠廢棄物，可大大降低制造成本，并能大幅度提高粉煤灰的 產品附加值和利用率；
c. 粉煤灰在鍋爐燒煤中己經過高溫燒結過程，己完成一次莫來石化，在高溫爐中可直接 對坯料進行莫來石化，易于合成氧化鋯-莫來石復合材料。
d. 粉煤灰中含有一定量的玻璃相，在高溫下會產生較多的液相，可促進氧化鋯-莫來石復 合材料的燒結，易于獲得致密的復合材料。


下面結合附圖以使用鋯英石、粉煤灰和碳黑原料為例對本發(fā)明作進一步說明 圖1為反應燒結合成氧化鋯-莫來石復合材料的工藝流程圖。 圖2為本發(fā)明實施例1中所合成材料的XRD譜。 圖3為本發(fā)明實施例2中所合成材料的XRD譜。 圖4為本發(fā)明實施例3中所合成材料的XRD譜。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不限于下列實施例。 實施例1:
首先將原料進行破碎，并過200目的標準篩，取篩下料。對破碎后的粉煤灰進行磁選處 理后，稱畺42.6g的粉煤灰、12.3g的鋯英石和45.1g的氧化鋁粉，置于球磨罐中充分混勻然 后將混后的試料在萬能壓力機上以lOMPa的壓力(保壓時間為6min)單軸向壓制成直徑為 50mm的圓坯，再以200MPa的壓力等靜壓成型，保壓時間為30min。將壓制好的素坯置于高 溫爐中，先以5t7min的速率升溫至IOO(TC，再以5°C/min的速率升溫至1300°C，最后以3 °C/mip的速率升溫至1600°C，保溫時間為4h。檢測結果表明，合成材料中主要物相為w-Zr02、 Mullite，還含有少量的八1203。
實施例2:
首先將原料進行破碎，并過200目的標準篩，取篩下料。對破碎后的粉煤灰進行磁選處 理后，稱量45.5g的粉煤灰、9.5g的鋯英石和45.0g的氧化鋁粉，置于球磨罐中充分混勻然后 將混后的試料在萬能壓力機上以10MPa的壓力(保壓時間為6min)單軸向壓制成直徑為50mm
4的圓坯，再以200MPa的壓力等靜壓成型，保壓時間為30min。將壓制好的素坯置于高溫爐 中，先以5°C/min的速率升溫至IOO(TC，再以5°C/min的速率升溫至1300°C，最后以3°C/min 的速率升溫至160(TC，保溫時間為4h。檢測結果表明，合成材料中主要物相為w-Zr02、Mullite， 還含有少量的AI203。 實施例3:
使用原料、配方以及素坯的制備和燒成制度同實施例2，而燒成最高溫度為1500°C，保 溫時間為4h。檢測結果表明，合成材料中主要物相為m-Zr02、 Mullite,還含有少量的A1203。
權利要求
1、一種氧化鋯-莫來石復合材料的制備方法，具體來說是以粉煤灰、鋯英石和氧化鋁粉為原料，通過反應燒結工藝制備氧化鋯-莫來石復合材料。其特征在于a.原料的破碎和篩分對原料進行破碎，并過200目的標準篩，取篩下料；b.磁選用磁鐵對篩分后的粉煤灰進行磁選；c.配料和混勻稱量20～50wt％的粉煤灰、10～35wt％的鋯英石和30～40wt％的氧化鋁粉，置于球磨罐中并充分混勻；d.成型和高溫燒成將混后的試料先10～20MPa的壓力單軸向壓制成型，再以100～250MPa的壓力等靜壓成型，保壓時間為10～60min；將壓制好的素坯置于高溫爐中于1350～1750℃燒成便可以獲得氧化鋯-莫來石復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及復合材料制備技術，具體來說是以粉煤灰、鋯英石和氧化鋁粉為原料，通過調整配料組成、燒結溫度和保溫時間等參數(shù)，采用反應燒結工藝制備出氧化鋯-莫來石復合材料。其優(yōu)點在于制備工藝簡單，制造成本低，合成材料的性能好，可實現(xiàn)粉煤灰的循環(huán)再利用和環(huán)境保護。
文檔編號C04B35/10GK101560098SQ20091001172
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權日2009年5月27日
發(fā)明者申曉毅, 翟玉春, 趙偉杰, 馬北越 申請人:東北大學