專(zhuān)利名稱(chēng)：陶瓷微球粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用鋁土礦制造的陶瓷微球粒，以及這種微球粒作為加強(qiáng)材料和改善性能的填充劑的應(yīng)用。
用于制造直徑為40-60微米范圍內(nèi)以及直徑為0.25-5.0毫米范圍內(nèi)的微球粒的方法已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中，如日本公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)57-84731和美國(guó)專(zhuān)利4746468中，描述過(guò)了。
美國(guó)專(zhuān)利3491492、4068718、4427068以及4713203中均描述了用粘土或鋁土礦制造尺寸范圍為0.25-5.0毫米、基本上呈球狀的，主要用來(lái)作支撐劑的陶瓷微球粒的加工方法。除美國(guó)專(zhuān)利4713203利用天然鋁土礦細(xì)粒作為原料外，其它的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中描述的是利用相對(duì)較粗的粘土或鋁土礦顆粒。然而，美國(guó)專(zhuān)利4427068中也確實(shí)暗示了可以用昂貴的研磨煅燒粘土或鋁土礦的方法來(lái)制造尺寸小于15微米的顆粒。
美國(guó)專(zhuān)利3491492、4068718、4427068以及4713203均涉及地下巖層水力破碎的支撐劑的制作，它們都需要在旋轉(zhuǎn)的制粒機(jī)之類(lèi)的裝置中，加或不加粘合劑，燒結(jié)成團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)形態(tài)。實(shí)際上，未加工的顆粒常常在旋轉(zhuǎn)的煅燒爐中煅燒。
以前試圖用噴霧干燥法來(lái)制造球形支撐劑，但只能制成圓形的有一中空凹槽的非球形顆粒，外觀類(lèi)似蘑菇頭。這種形狀是由于在顆粒干燥前，稀漿液滴在熱氣流中的空氣動(dòng)力變形造成的。
各種金屬基復(fù)合材料(MMC)中都包含一種金屬或合金基體，其中混入一種或多種輔助相，目的是進(jìn)一步改進(jìn)其性能。經(jīng)過(guò)多年的研究，這種材料現(xiàn)已商品化?？色@得的比基體材料的性能優(yōu)越的項(xiàng)目包括在室溫和高溫下強(qiáng)度的提高;
硬度的提高;
疲勞強(qiáng)度的提高;
耐磨性的提高;
熱膨脹系數(shù)的減小。
這些性能上的改善使得各種MMC十分適用于在室溫和高溫下的構(gòu)件。性能提高的幅度取決于許多因素，如基體金屬或合金;
加強(qiáng)相的含量;
加強(qiáng)相的化學(xué)性質(zhì)、幾何形狀、分布形態(tài)和方向性;
加強(qiáng)相和基體材料界面處的特性;
制造方法;
熱力學(xué)過(guò)程。
此外，一般影響到金屬材料性能的所有其它因素，如熱處理、加工方法、孔隙度等也影響各種MMC的各種性能。
鋁、鎂、鈦、銅和它們的合金可用來(lái)作為基體材料。已經(jīng)證明，為了改善性能的目的，許多化合物、如碳化物、氧化物、氮化物、硼化物等，以及各種元素，如碳和硼，在各種形狀下，例如在纖維、晶須、片晶和粒子等形態(tài)下使用，都是有效的。高性能的纖維和晶須要用費(fèi)用昂貴而且耗能多的方法來(lái)制造，使得制成的MMC產(chǎn)品成本很高。然而，某些性能較低的纖維和粒子，可以用較低的成本使其具有中等程度性能的改善。本發(fā)明涉及一種用低廉的天然原料制造低成本MMC的加強(qiáng)劑。
盡管已經(jīng)試驗(yàn)過(guò)用某些天然原料，如天然石墨、云母和鋯砂來(lái)加強(qiáng)MMC，但是不推薦使用這些材料，因?yàn)?，制成的MMC的性能通常都劣于基體的性能。本發(fā)明一個(gè)重要的方面就是利用天然礦物作為提高M(jìn)MC和其它復(fù)合材料的各種性能的加強(qiáng)劑的原始材料。
制造MMC的廠家所用的加強(qiáng)材料的基本幾何形態(tài)是纖維、片晶和粒子。纖維的幾何形態(tài)是在一個(gè)方向上的尺寸很長(zhǎng)，這個(gè)方向是加強(qiáng)劑性能最好的方向，但在垂直于長(zhǎng)向的方向上的加強(qiáng)作用卻很小，或者沒(méi)有，有時(shí)甚至發(fā)現(xiàn)起了有害的作用。而片晶這種幾何形態(tài)的加強(qiáng)作用只產(chǎn)生在片晶的平面上，同樣，該平面是加強(qiáng)作用最佳的平面。因此，由纖維和片晶加強(qiáng)的MMC呈現(xiàn)各向異性的特點(diǎn)。使纖維和片晶的方向沒(méi)有規(guī)律，能夠恢復(fù)各向同性，但在實(shí)踐中很難做到，而且在成形加工中，不可能保持各向同性。
用微粒加強(qiáng)的復(fù)合物不呈現(xiàn)纖維和片晶加強(qiáng)的復(fù)合材料所具有的各向異性的特征。因此，它是生產(chǎn)各向同性MMC的最有效的材料，而且成本也低。使用上述規(guī)定的陶瓷微球粒作為加強(qiáng)材料，由于它幾何形態(tài)上的優(yōu)點(diǎn)，能使MMC具有各向高度同性的性能。
目前用于加強(qiáng)目的的顆粒材料具有多角形或不規(guī)則的形狀。當(dāng)這種形狀的加強(qiáng)劑加入金屬基體中時(shí)，在外加應(yīng)力的作用下，粒子起了提高應(yīng)力的作用。因此，就可能導(dǎo)致過(guò)早地形成裂紋，并且，與此相關(guān)聯(lián)，MMC的塑性也降低了。塑性降低反映在延伸率、韌性、可成形性都降低上，很可能，強(qiáng)度也要降低。本發(fā)明中提出的顆粒材料的幾何形態(tài)和微粒結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生任何應(yīng)力的提高，所以，用這種材料加強(qiáng)的MMC的塑性變形性能改善了。
現(xiàn)在已可以確定，上述類(lèi)型的微球粒適于用作金屬中的加強(qiáng)材料以形成金屬?gòu)?fù)合物，這種微球粒也能用在其它如塑料之類(lèi)的材料中，以期改善強(qiáng)度和耐磨性。為此目的，在制造微球粒過(guò)程中，確保微球粒具有促進(jìn)“濕潤(rùn)”的性能是重要的，因?yàn)椤皾駶?rùn)”的程度決定了微球粒在多大程度上能將它的微球粒的界面轉(zhuǎn)化為陶瓷的加強(qiáng)效果。
對(duì)于制造質(zhì)量好的MMC來(lái)說(shuō)，在基體合金和加強(qiáng)材料之間具有良好的濕潤(rùn)性是很關(guān)鍵的。許多研究表明，市售的加強(qiáng)材料不易被熔化金屬和合金所濕潤(rùn)，而且，在使用于塑料之類(lèi)的材料時(shí)，對(duì)其效果的評(píng)價(jià)也一樣。因此，良好的加強(qiáng)材料應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)良好的濕潤(rùn)性，同時(shí)，它對(duì)于基體合金應(yīng)是相對(duì)的非活性的。本發(fā)明即提供了這樣一種加強(qiáng)材料。
因此，本發(fā)明的目的是提供具有良好的球形、密度、化學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的鋁土礦微球粒，并且提供一種從鋁土礦和鋁土礦粘土制造微球粒的簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的方法。
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供了一種微細(xì)鋁土礦顆粒的煅燒的微球粒，這種微球粒的粒子尺寸小于100微米，該微球粒具有基本上是實(shí)心形態(tài)的特征，它用比重瓶測(cè)得的密度基本上在3.2-3.9g/cm3范圍內(nèi)，BET表面積基本上在0.05-0.5m2/g范圍內(nèi)，并且晶粒尺寸小于4微米，該微球粒具有有選擇地加強(qiáng)微球粒的濕潤(rùn)性的表面化學(xué)性質(zhì)，以及在使用中提高它與基體材料粘結(jié)堅(jiān)固性的能力。
在本發(fā)明的最佳方式中，微球粒由平均粒子尺寸基本上在0.01-0.3微米之間的鋁土礦顆粒制成，微球粒的粒子尺寸基本上在1-50微米之間，最好是小于30微米，而且一顆晶粒的尺寸小于2微米。
如提供具有上述規(guī)定性能的煅燒后的微球粒，則此種微球粒用在有選擇的成品復(fù)合材料中，可表現(xiàn)出良好的性能。所有規(guī)定的特點(diǎn)都影響濕潤(rùn)作用。而濕潤(rùn)作用又反過(guò)來(lái)影響MMC制備的難易程度，并且決定界面?zhèn)鬟f陶瓷加強(qiáng)作用的好壞。微球粒的機(jī)械性能(硬度和強(qiáng)度)取決于各種相和結(jié)構(gòu)，而它又影響復(fù)合材料成品的性能。球形與微晶結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使復(fù)合材料具有各向同性的性能。形狀本身就對(duì)某些性能有影響，因?yàn)樗饲锌谛?yīng)，并且改善了可成形性和可鑄性。
用噴霧干燥法可制得的微球粒的尺寸范圍為0-100微米，這是一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠渌少?gòu)得的加強(qiáng)材料的尺寸只限定在很小的范圍內(nèi)，例如，通常市售的SiC、Al2O3只有很窄的尺寸范圍1-5、5-15、10-25等。
本發(fā)明的最佳煅燒微球粒的基本性能數(shù)據(jù)如下化學(xué)成分 重量%Al2O370-90SiO24-20Fe2O30-15TiO20-6Na2O 0-0.5K2O 0-1相分析 重量%高鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2) 30-90
剛玉(α-Al2O3) 10-70鐵板鈦礦[(Fe.Al)2TiO5] 0-10晶體顆粒尺寸 0-4μm容重(振動(dòng)后) 1.8-2.4g/cm3比重瓶測(cè)得的密度 3.1-3.9g/cm3BET表面積 0-0.5m2/g(氮吸附)微球粒粒子尺寸范圍 0-100μm最好小于30μm本發(fā)明另一方面提供了一種制造鋁土礦微球粒的方法，其步驟包括制備鋁土礦或鋁土礦粘土的分散相;
將分散的鋁土礦顆粒分類(lèi)，分離超細(xì)粒部分;
添加少量的水溶性鹽類(lèi)、無(wú)機(jī)混合物或金屬有機(jī)絡(luò)合物以調(diào)整微球粒表面化學(xué)性質(zhì)，以便增強(qiáng)微球粒的濕潤(rùn)性和分散性，并在使用中提高它與基體材料牢固結(jié)合的能力;
分散相進(jìn)行噴霧干燥，制成預(yù)定的平均粒子尺寸的未燒結(jié)的微球粒;
將未燒結(jié)的微球粒進(jìn)行煅燒和燒結(jié)處理，制成尺寸范圍在0-100微米的微球粒，較好尺寸范圍為1-50微米，最好的尺寸是小于30微米，這種微球粒的特征是基本上是實(shí)心的，比重瓶測(cè)量的密度基本上在3.2-3.9g/cm3范圍內(nèi)，BET表面積基本上在0.05-0.5m2/g范圍內(nèi)，而晶粒尺寸小于4微米。
在本發(fā)明的最佳形式中，需要重量含量為0.05-5%的水溶性鹽類(lèi)、無(wú)機(jī)物或金屬有機(jī)化合物，以使得合成的微球粒的表面化學(xué)性質(zhì)獲得必要的改變。添加物可含有從周期表的1、2或3組中選擇的元素。
最好鋁土礦或鋁土礦粘土的分散相是含水稀漿，它的固體含量的重量在10-70%之間。
最好在適于生成予定平均粒子尺寸的未燒結(jié)的微球粒的條件下，直接將稀漿的細(xì)霧噴到加熱區(qū)域內(nèi)進(jìn)行噴霧干燥。
煅燒和燒結(jié)最好在固定的氣體懸浮煅燒爐中，在1100℃-1600℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，最佳的溫度范圍是1300℃-1450℃。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種復(fù)合材料，按照本發(fā)明，它含有鋁土礦微球粒產(chǎn)品作為功能填充劑。相應(yīng)的復(fù)合材料包括金屬基復(fù)合材料(MMC)和塑料復(fù)合材料。
本發(fā)明最宜于采用超細(xì)鋁土礦或鋁土礦粘土作為原始材料。使用最佳原料之所以便于制造，并且產(chǎn)品的材料性能優(yōu)異，主要是由于選擇的原始材料是一種天然存在的鋁土礦的超細(xì)粒子。這種超細(xì)粒子的尺寸一般小于1微米，更普遍的是0.02-0.3微米，而與此相關(guān)，它具有的表面積大約為34m2/g。這種超細(xì)鋁土礦的極端精細(xì)和均勻的化學(xué)組成給制造過(guò)程和制成的微球粒帶來(lái)了許多優(yōu)點(diǎn)，其中包括不需要昂貴的予研磨;
不需要昂貴的予煅燒;
不加入粘合劑便可獲得高強(qiáng)度的未燒結(jié)的微球粒;
供給的材料具有非常大的表面積，使得它具有高的反應(yīng)能力。這將導(dǎo)致減少燒結(jié)時(shí)間，從而減少能量消耗;
微球粒的成份非常均勻。
按照本發(fā)明所制成的產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)歸納如下1.鋁土礦或鋁土礦粘土原料的顆粒非常細(xì)，能使得在制造未燒結(jié)的微球粒時(shí)混合物具有高度的均勻性。
2.包括大批超細(xì)顆粒的未燒結(jié)的微球粒在粒子之間有大量的接觸點(diǎn)，而燒結(jié)正是在這些點(diǎn)上開(kāi)始的。
3.已經(jīng)知道，在微球粒加熱時(shí)，無(wú)機(jī)物的極均勻的分散相，因而也就是構(gòu)成元素的極均勻的分散相，有助于微球粒之間的活性。這將使燒結(jié)時(shí)的微晶粒具有相應(yīng)的均勻的分散相。這樣，微球粒就表現(xiàn)出非常高的強(qiáng)度。具有微細(xì)的微晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷制品是極其堅(jiān)固的，這在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的。
4.組成分中無(wú)機(jī)物的超細(xì)粒子尺寸與制成的未燒結(jié)微球粒所達(dá)到的細(xì)小的尺寸相結(jié)合，就可以使用簡(jiǎn)單的噴霧干燥法形成基本上是球形的顆粒。以前采用同樣的材料用噴霧干燥形成較大直徑的顆粒時(shí)，制成的顆粒雖是圓的，但不是球狀顆粒，其特征是外形呈蘑菇頭的形狀。這種形狀是由于稀漿液滴在噴霧干燥劑的熱氣流中干燥之前，稀漿液滴發(fā)生氣體動(dòng)力變形所造成的。現(xiàn)在已經(jīng)知道，當(dāng)液滴尺寸限制在尺寸小于100微米時(shí)，這種形狀上的畸形實(shí)際上消失了。掃描電子顯微鏡顯示，大致在70微米以下的粒子的球形得到了顯著的改進(jìn)，而在5-45微米范圍內(nèi)的粒子幾乎完全是球形了。一般認(rèn)為，微細(xì)液滴的表面張力與其質(zhì)量的比率較高，因而克服了形成非球狀粒子的傾向。
5.由于從超細(xì)粒子形成未燒結(jié)微球粒時(shí)，起作用的唯一機(jī)制是用干燥法除去濕存水，所以，很顯然，非常大的粒子間的范德瓦耳斯力(Vander Wall′s forces)將起極大的作用。這就使得粒子能接近最大的密實(shí)度而不需要昂貴的粘結(jié)劑。
6.噴霧干燥法使得未燒結(jié)微球粒的粒子尺寸的控制相對(duì)地比較簡(jiǎn)單。適當(dāng)選擇下列噴霧干燥法的參數(shù)，如液滴的固體濃度，入口和出口溫度差造成的液滴粘度的比率，以及噴霧頭的型式和形狀等，就可以對(duì)粒子尺寸進(jìn)行控制。
7.在用鋁土礦或鋁土礦粘土制造陶瓷微球粒的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，煅燒和燒結(jié)過(guò)程的選擇是一個(gè)重要的要素。雖然在密封得不很?chē)?yán)的爐床上烘烤對(duì)于小規(guī)模生產(chǎn)是可行的，但是它必須在相當(dāng)高的溫度下間斷加工過(guò)程，攪動(dòng)爐床以防止粒子在所選擇的使各單獨(dú)粒子具有最佳密實(shí)度的溫度下燒結(jié)在一起。顯然，在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)時(shí)這是行不通的。由于未燒結(jié)的微球粒尺寸小而且其性質(zhì)松散，所以采用常規(guī)的旋轉(zhuǎn)燒結(jié)爐是不經(jīng)濟(jì)和不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)榧?xì)小的微球粒的損失太大了。考慮了使用先進(jìn)的固定煅燒爐，例如所謂快速焙燒氣體浮懸煅燒爐，這種爐成功地用在煅燒諸如Al2O3細(xì)粉末上，但它可能不適用于煅燒和燒結(jié)陶瓷微球粒。曾經(jīng)設(shè)想，通常所用的極陡的溫度梯度和非常短的滯留時(shí)間將使微球粒由于濕存水和化學(xué)結(jié)合用的水分不能以足夠快的速度從微球粒中擴(kuò)散出來(lái)而破碎。同樣也曾設(shè)想，煅燒爐的煅燒區(qū)和燒結(jié)區(qū)中，熱氣體的渦流特性將使微球粒燒結(jié)在一起。但竟意外地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中粒子的數(shù)量并沒(méi)有減少多少。同時(shí)還意外地發(fā)現(xiàn)，幾乎沒(méi)有微球粒燒結(jié)在一起。
為了更清楚地了解本發(fā)明，下面參照附圖和所舉的例子，詳細(xì)說(shuō)明幾個(gè)最佳實(shí)施例，附圖中

圖1是本發(fā)明的尺寸范圍為1-40微米的微球粒的掃描電子顯微照片;
圖2是加入15%體積陶瓷微球粒的壓鑄合金6061的顯微結(jié)構(gòu)(放大倍數(shù)×170);
圖3是未加強(qiáng)的6061合金和用陶瓷微球?；騍iC加強(qiáng)的6061合金的滑動(dòng)磨損量的曲線(xiàn)圖。
圖4是表示COMRAL-85與未加強(qiáng)的6061相比，高溫抗拉強(qiáng)度的提高;
圖5表示與未加強(qiáng)的6061相比，COMRAL-85的疲勞強(qiáng)度的提高;
圖6表示與未加強(qiáng)的6061相比，COMRAL-85的高溫彈性模量的增加(用壓電超聲波晶體振蕩法-PUCO測(cè)定);
圖7表示COMRAL復(fù)合材料的硬度與含陶瓷微球粒加強(qiáng)劑的體積百分率的函數(shù)關(guān)系;
圖8表示COMRAL復(fù)合材料的密度與含陶瓷微球粒加強(qiáng)劑的體積百分率的函數(shù)關(guān)系;
圖9表示與純Al2O3作加強(qiáng)劑相比，用陶瓷微球粒加強(qiáng)的復(fù)合材料的彈性模量-密度的綜合提高;
圖10是擠壓成的COMRAL-85復(fù)合材料樣品的顯微結(jié)構(gòu)的斷面(未浸蝕)，圖中顯示了粒子的均勻分布;
圖11是進(jìn)一步放大了的擠壓成的COMRAL-85復(fù)合材料樣品的顯微結(jié)構(gòu)斷面(未浸蝕)，顯示粒子的均勻分布;
圖12是用體積含量15%的陶瓷微球粒加強(qiáng)的重力鑄造Al-Si合金顯微結(jié)構(gòu)的斷面(經(jīng)浸蝕);
圖13是用體積含量15%的陶瓷微球粒加強(qiáng)的重力鑄造Al-Si合金進(jìn)一步放大的顯微結(jié)構(gòu)的斷面(經(jīng)浸蝕);
圖14是陶瓷微球粒在一種鋁基中的Bach散射電子圖象(擠壓件的拋光斷面);
圖15是比較陶瓷微球粒在SiC加強(qiáng)復(fù)合材料中與在Comral復(fù)合材料中的形狀的分析圖;
圖16是本發(fā)明的煅燒后微球粒的低放大倍數(shù)掃描電子顯微鏡(SEM)圖象;
圖17是本發(fā)明的煅燒的微球粒的高倍放大的掃描電子顯微鏡(SEM)圖象;
圖18比較了COMRAL-85的疲勞強(qiáng)度與用工業(yè)Al2O3加強(qiáng)的復(fù)合材料以及未加強(qiáng)的6061的疲勞強(qiáng)度;
圖19表示與未加強(qiáng)的6061相比較，COMRAL-85的在帶乳突的盤(pán)上的滑動(dòng)耐磨性;
按照本發(fā)明，適用于生產(chǎn)陶瓷微球粒的分得細(xì)的料可以很容易地從鋁土礦沉積物中獲得，例如可以從北昆士蘭的Weipa的各種類(lèi)型的鋁土礦中獲得。在與此相類(lèi)似的鋁土礦和鋁土礦粘土中，都有很細(xì)的粒子，這些細(xì)粒子很容易分離出來(lái)，例如，在使用分散劑的情況下，可用在水中使鋁土礦變成稀漿的方法。可使用各種各樣的分散劑，如以磷酸鹽或聚丙烯酸脂為基體的化合物。
一種簡(jiǎn)單的分離步驟就可以把細(xì)粒子部分以稀漿方式從粗粒子中分離出來(lái)。使用重力沉淀器或水力旋流器之類(lèi)的設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)意的分離。
為了使加工過(guò)程更經(jīng)濟(jì)，就必須在增加細(xì)顆粒稀漿中固形物的濃度。在稀漿中加酸，把稀漿的pH值調(diào)節(jié)到pH7左右就可以方便地做到這一點(diǎn)。硫酸和鹽酸能令人滿(mǎn)意地達(dá)到這一目的。然后，可看到細(xì)粒的聚集物。再之后，可觀察到聚集物的沉淀。本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員都公認(rèn)，絮凝劑可用來(lái)幫助更快地沉淀，并增加沉淀的固體粒子的密度。
沉淀下來(lái)的稀漿中的固體粒子含量仍然很低，不能使這一方法經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工。因此必須進(jìn)一步采用脫水工序，例如分離和過(guò)濾。
現(xiàn)在，變稠的固體粒子具有膏狀的稠度，因而在下一個(gè)工序前，必須將其重新分散為適當(dāng)?shù)牡统矶取?br> 添加如聚丙烯酸脂之類(lèi)的分散劑，例如聚丙烯酸銨，六偏磷酸鈉，或聚磷酸鈉，將更有效地促使分散。使用高強(qiáng)度的攪拌機(jī)有助于破壞聚集并有助于將大多數(shù)的粒子重新分散開(kāi)來(lái)呈游離形態(tài)。
Niro公司制造的，或Bowen-stork公司制造的噴霧干燥劑常常用來(lái)制作未燒結(jié)的微球粒。用控制分散的稀漿的制備和控制噴霧干燥劑的操作條件來(lái)實(shí)施對(duì)粒子尺寸分布的控制是可能的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，推薦作為微球粒原料的Weipa礦床中的鋁土礦的個(gè)別部分含有大約59%的氧化鋁，常見(jiàn)范圍為55～63%。同時(shí)，二氧化硅的含量平均為10%，常見(jiàn)范圍為7～13%。雖然也可能有少量的石英，但基本上所有的二氧化硅都以高嶺石礦的形式存在。一般來(lái)說(shuō)，礦物中包含30～50%的三水鋁礦，其中含15～45%的勃姆石，16～27%的高嶺石，其中石英少于0.2%。氧化鐵為6～10%，氧化鈦為3～5%，總共大約為8～14%。含量過(guò)高的氧化鐵將降低煅燒溫度，導(dǎo)致在經(jīng)過(guò)煅燒的微球粒中形成鐵板鈦礦相。
電子顯微鏡研究證明，礦物粒子的直徑一般為0.02～0.3微米，而三水鋁礦、勃姆石、高嶺石、赤鐵礦和銳鈦礦一般以游離晶體的形式存在。換言之，事實(shí)上粒子常常呈單一礦體的特性，同時(shí)，由于表面積大，并且在鋁土礦化學(xué)成分中存在相當(dāng)大量的非氧化物，這就有助于粒子間在高溫下的快速反應(yīng)，從而主要生成剛玉和高鋁紅柱石。
通常在將這種產(chǎn)品加熱到1300℃～1600℃范圍內(nèi)以產(chǎn)生通常要求的性能范圍內(nèi)的產(chǎn)品時(shí)，微球粒中會(huì)發(fā)生一系列變化。
當(dāng)溫度提高到大約600℃時(shí)，此時(shí)的鋁土礦物，即三水鋁、勃姆石和高嶺石將逐漸失去其化合水。
晶格變得沒(méi)有規(guī)律，并且隨著溫度進(jìn)一步提高，氧化鋁將經(jīng)過(guò)一系列的相變。一般希望相變的順序包括作為過(guò)渡狀態(tài)的氧化鋁的γ、δ、θ、χ和κ相。隨著溫度大約達(dá)到950℃，開(kāi)始形成高鋁紅柱石，在溫度達(dá)到1050℃時(shí)，氧化鋁開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)楣Q(chēng)為剛玉的α相礦物。進(jìn)一步提高溫度，將使高鋁紅柱石和剛玉燒結(jié)，產(chǎn)生鐵板鈦礦相，結(jié)果便形成具有高強(qiáng)度的多晶陶瓷體。成品中最終的主要相是剛玉相，高鋁紅柱石相和鐵板鈦礦相。隨著溫度的提高，由于晶粒之間產(chǎn)生了非常細(xì)密的聯(lián)鎖網(wǎng)絡(luò)，粒子的抗壓強(qiáng)度增大了。溫度過(guò)高將使晶粒尺寸變得粗大，從而降低陶瓷的強(qiáng)度。
在燒結(jié)過(guò)程中，顆粒的直徑可能收縮30%以下，所以要控制生成未燒結(jié)的微球粒的噴霧干燥過(guò)程，以使所獲得的煅燒后的微球粒的尺寸在1～100微米的最佳范圍內(nèi)，最好是小于30微米。
未煅燒的鋁土礦的高度活性以及非常細(xì)的顆粒尺寸有助于形成所要求的各種相態(tài)。
未燒結(jié)的微球粒經(jīng)過(guò)煅燒和燒結(jié)，制成最后的成品。對(duì)于實(shí)驗(yàn)規(guī)模來(lái)說(shuō)，可將未燒結(jié)的微球粒放入適當(dāng)?shù)嫩釄逯校⒋僳釄宸湃腭R弗爐內(nèi)加熱到大約900℃來(lái)進(jìn)行煅燒。加熱的速度應(yīng)慢到足以讓化學(xué)結(jié)合水?dāng)U散掉。大約100℃/小時(shí)這一級(jí)的速度是適宜的。
如二氧化硼或硼酸，以獲得所要求的表面化學(xué)性能。在稀漿制備過(guò)程中的少量添加劑可導(dǎo)致在噴霧干燥時(shí)生成富集了硼的表面層。這將有助于塑料或聚合物基體中微球粒的濕潤(rùn)性和分散性。
按照本發(fā)明制成的鋁土礦微球?？捎糜诟鞣N目的，特別是可用于在各種傳導(dǎo)體中作為功能性填充劑。陶瓷顆粒這種組分為復(fù)合材料提供了下述性能如韌性、硬度、耐磨性、耐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐風(fēng)化性能等等。借助于控制煅燒條件來(lái)改變晶體結(jié)構(gòu)(圖14和17)，還能改變微球粒的表面特性。
本發(fā)明的微球粒特別適用于加強(qiáng)金屬、聚合物和塑料。一般說(shuō)，鋁、鎂、銅、鎳或鈦、或它們的合金，都可用作基體，但是最好的是鋁和它的合金。除了通常的鑄造鋁合金和可鍛鋁合金之外，也能用如鋁-鋰合金之類(lèi)的新型鋁合金。
目前用來(lái)生產(chǎn)MMC的方法也可以用來(lái)生產(chǎn)上面公開(kāi)的新型MMC。尤其是，以鑄造為基礎(chǔ)的在熔融金屬中吸收加強(qiáng)材料的方法，是用來(lái)生產(chǎn)低成本MMC的最理想的方法。因此，建議將以鑄造為基礎(chǔ)的方法作為最佳的生產(chǎn)方法，雖然其它方法，如以粉末冶金技術(shù)和予成形滲透法為基礎(chǔ)的方法，也能使用。由于與其它種類(lèi)的加強(qiáng)劑相比，陶瓷微球粒更容易被熔融的鋁所濕潤(rùn)，因此，以鑄造為基礎(chǔ)的方法特別適用。此外，與其它MMC的熔融物相比，這種加強(qiáng)材料的成球性可提高復(fù)合材料熔融液的流動(dòng)性和可鑄性。因此，用以鑄造為基礎(chǔ)的方法生產(chǎn)和鑄造這種新型復(fù)合材料，要比生產(chǎn)其它種類(lèi)的MMC更容易。
用微球粒也能制造出多孔予制品。可借助于壓力或抽真空將微球粒滲入熔融合金中，制造出MMC坯料或接近成品形狀的鑄件。
由于陶瓷微球粒的化學(xué)成分和相成分，并且也由于上述表面化學(xué)在達(dá)到大約900℃的初始溫度后，繼續(xù)以大約10℃/分的加熱速度提高溫度，直到坩堝和它里面的球粒達(dá)到1300℃左右為止。然后，中斷加工過(guò)程，以防顆粒相互燒結(jié)。
原料冷卻后，輕輕地將其壓碎，以保證獲得單粒的顆粒。然后，將微球粒倒回坩堝，以大約20℃/分的加熱速度快速加熱到1300℃～1600℃范圍的最終燒結(jié)溫度。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都清楚，微球粒的燒結(jié)溫度和時(shí)間的選擇取決于原料的化學(xué)成分和產(chǎn)品所要求的性能。例如，改變燒結(jié)溫度和時(shí)間，就可以改變產(chǎn)品的密度和孔隙度。通常所用的燒結(jié)溫度在1300℃～1600℃之間。
工業(yè)上大規(guī)模的陶瓷微球粒的經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式需要連續(xù)的煅燒過(guò)程，而不是上面所說(shuō)的分批加工。用固定式氣體懸浮煅燒爐可以非常滿(mǎn)意地做到這一點(diǎn)。在這種爐內(nèi)，粒子由運(yùn)動(dòng)的氣流傳送，通過(guò)設(shè)備中的干燥、煅燒和冷卻段。產(chǎn)品可用重力法，或用旋風(fēng)分離法或過(guò)濾法來(lái)分離。
舉例說(shuō)，可以用聯(lián)邦德國(guó)的Deutsche-Babcock和Lurgi公司、丹麥的F.L.Smidth公司或美國(guó)的Fuller公司制造的那些設(shè)備。上述方法除了經(jīng)濟(jì)之外，還應(yīng)當(dāng)指出它能改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是表現(xiàn)在燒結(jié)顆粒的表面和強(qiáng)度方面的粒子的微晶性。
氣體懸浮煅燒爐的特點(diǎn)是粒子在燒結(jié)區(qū)仃留的時(shí)間特別短。例如，由Deutsche-Babcock公司制造的高溫混料器，粒子在煅燒區(qū)域的仃留時(shí)間估計(jì)大約是1/4～1/2秒。由于仃留時(shí)間短，就抑制了晶體顆粒的長(zhǎng)大，顯然，晶粒的顯微結(jié)構(gòu)很細(xì)小。估計(jì)平均晶粒尺寸大約是1微米。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道，細(xì)小的顯微結(jié)構(gòu)有助于提高陶瓷體的強(qiáng)度。細(xì)小的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)于使微球粒具有光滑的表面也
16 13.311 5.57.8 1.75.5 0.33.9 0例2化學(xué)分析 重量%Al2O371.6SiO217.2Fe2O37.02TiO23.82Na2O 0.13相分析 重量%高鋁紅柱石 70剛玉 23鐵板鈦礦 4.5晶體顆粒尺寸 0.3～1μm容重(振動(dòng)后) 2.0g/cm3比重瓶測(cè)得的密度 3.42g/cm3BET表面積 0.12m2/g粒子尺寸分布(用Malvern主尺寸分檔器)粒子直徑(μm) 累計(jì)通過(guò)百分率100 100
是重要的。當(dāng)它用于要經(jīng)過(guò)注射成形之類(lèi)的加工方法的復(fù)合物時(shí)，還可以減少成形裝置的表面磨損。
使用上述加工方法，可制造下述鋁土礦微球粒例1化學(xué)分析 重量%Al2O373.0SiO29.0Fe2O313.7TiO24.3Na2O 0.15相分析 重量%高鋁紅柱石 40剛玉 55鐵板鈦礦 5晶體顆粒尺寸 0.2～2μm容重(振動(dòng)后) 2.1g/cm3比重瓶測(cè)得的密度 3.66g/cm3BET表面積 0.14m2/g粒子尺寸分布(用Leeds和Northrup微篩網(wǎng))顆粒直徑(μm) 通過(guò)的累計(jì)百分率62 10044 92.431 64.622 32.4
60 9545 9230 5620 2710 85 32 13.9 0例1和例2中樣品的鈉量是靠在稀漿制備工序中加入重量比為0.15%的氫氧化鈉來(lái)精心控制的。加鈉是為了某種用途，例如為了加強(qiáng)鋁合金等，用來(lái)改變微球粒的表面成分的。存在于粒子表面的鈉增強(qiáng)了濕潤(rùn)作用和分散作用。微球粒表面的鈉是在噴霧干燥過(guò)程中，從溶解的氫氧化鈉的結(jié)晶體富集在微球粒表面上的。X射線(xiàn)光電子光譜分析(XPS)研究證實(shí)了這一點(diǎn)，在例2中給出了試樣表面上鈉富集的結(jié)果。
原子量%表面鈉濃度(10 外層) 0.2不加鈉表面鈉濃度 1.9加鈉上述樣品在去掉100 外層(100×10-10M) 0.5后的表面鈉濃度在塑料基體的情況下，可在噴霧干燥前加入水溶性無(wú)機(jī)化合物，性能，微球粒和鋁合金之間的濕潤(rùn)性提高了。在陶瓷微球粒中出現(xiàn)的礦物形態(tài)，特別是鐵板鈦礦和高鋁紅柱石，盡管對(duì)熔融金屬還有排斥力，但看來(lái)比純氧化鋁較易于被熔融金屬所濕潤(rùn)。因此，微球粒中各種化學(xué)成分之間的天然平衡使它對(duì)于基體既具有良好的濕潤(rùn)性，又具有良好的化學(xué)惰性這樣的雙重特性-這是我們所知道的其它任何材料都不能企及的。
球形是幾何形態(tài)中各向最同性的形狀。此外，與其它加強(qiáng)材料不同，煅燒的鋁土礦微球粒是多晶體，它甚至消除了結(jié)晶體的各向異性的性質(zhì)，而各向異性卻是單晶體的晶須、片晶和晶粒所固有的。因此，在所有適用的加強(qiáng)材料中，上述新型球形鋁土礦粒子具有最高程度的各向同性性能。上述各向同性的性能與粒子在基體中的均勻分布結(jié)合在一起，就使得這種MMC具有最大程度的各向同性性能。
MMC中微球形加強(qiáng)材料的含量可以在體積含量1%到最高為50%的范圍內(nèi)變化，但是，當(dāng)采用以鑄造為基礎(chǔ)的制造方法時(shí)，混合和鑄造方面的實(shí)際困難常常使加強(qiáng)劑的含量限制在體積含量低于30%的水平。不過(guò)，如采用粉末冶金生產(chǎn)方法，則上限可達(dá)體積含量50%的最高值。加強(qiáng)劑含量的下限是由要獲得的性能決定的。為了性能取得能令人察覺(jué)的提高，加強(qiáng)劑的體積含量至少必須是5%。
使用最佳微球粒制備金屬基體復(fù)合材料的方法如下例3用攪拌熔融液制成的6061合金+體積含量15%陶瓷微球粒。
本例描述了一種金屬基體復(fù)合材料，其中，工業(yè)用6061鋁合金用陶瓷微球粒加強(qiáng)。使用的是以鑄造為基礎(chǔ)的方法。
大約3.5公斤的6061鋁合金在坩堝中熔化。稱(chēng)出一定量的陶瓷微球粒，以便制成加強(qiáng)劑體積含量為15%的MMC。稱(chēng)量好的微球粒在爐中予熱到200℃。鋁土礦微球粒的尺寸在1～40μm之間。這些粒子的電子掃描顯微照片示于圖1，此圖顯示了微球粒的球形和多晶性。
然后，熔融的合金在700℃的溫度下，在攪拌器中攪拌，以便在熔融液的表面上產(chǎn)生渦流。然后，把熱的陶瓷微球粒加到渦流中去。加完微球粒后，仃止攪拌，把熔融的復(fù)合材料壓鑄成110mm×60mm×20mm的方塊。從這些方塊中切出試樣，用以作試驗(yàn)。
復(fù)合材料的典型顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。圖中顯示，每顆粒子都被濕潤(rùn)了。經(jīng)過(guò)T6熱處理后的室溫下的張力試驗(yàn)結(jié)果列于表1。為比較起見(jiàn)，表中還列出了由工業(yè)制造廠家通過(guò)鑄造方法生產(chǎn)的，用Al2O3加強(qiáng)的6061的試驗(yàn)結(jié)果。數(shù)據(jù)表明，用微球粒加強(qiáng)的MMC與相應(yīng)的工業(yè)用MMC相比，屈服強(qiáng)度較高，而其它的性能相當(dāng)。
圖3中給出了在帶乳突的盤(pán)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)的結(jié)果。微球粒加強(qiáng)的MMC顯示出來(lái)的耐磨性可與用SiC加強(qiáng)的MMC相匹敵。
例4用混成砂鑄造的6061合金+體積含量10%的陶瓷微球粒。
大約3.5公斤的工業(yè)用6061鋁合金在坩堝中熔化，體積含量為10%的陶瓷微球粒按例1那樣予熱。
當(dāng)合金熔融后，將重量含量0.3%的鎂加入合金中，以補(bǔ)償生產(chǎn)過(guò)程中鎂的損失。然后，用多葉片攪拌器以低速度(120～150轉(zhuǎn)/分)攪拌金屬熔融液，不使它形成渦流。攪拌器最上面的葉片與熔融液面齊平。
熔融物冷卻到兩相區(qū)，同時(shí)對(duì)攪溶性稀漿進(jìn)行攪拌。當(dāng)溫度降到645℃時(shí)，以緩慢而穩(wěn)定的速度加入予熱的陶瓷微球粒。最上面的葉片在刮掃稀漿表面的同時(shí)，將鋁土礦拌入稀漿中。加完鋁土礦后，繼續(xù)在605℃～645℃的范圍內(nèi)攪拌，直到所有的鋁土礦都被濕潤(rùn)并均勻分布在稀漿的液相中為止。
然后，把料重新加熱到700℃，同時(shí)進(jìn)行攪拌，使所有稀漿重新熔化。將熔融液鑄成直徑為5英寸的坯料，再擠壓成直徑為25mm的棒料。擠壓出來(lái)的棒料在經(jīng)過(guò)和例1同樣的熱處理后，室溫下性能提高的結(jié)果見(jiàn)表1。
例5用粉末冶金法制造的6061合金+體積含量10%陶瓷微球粒。
稱(chēng)出鋁粉(-325目)，鎂粉(-325目)和硅粉(-20μm)，根據(jù)6061合金的規(guī)格按比例配制，并使其總重量大約為7公斤。在粉末中混入體積含量為10%的陶瓷微球粒，并在惰性氣氛中碾磨大約15分鐘。
將摻和的粉末一邊振動(dòng)一邊填入直徑為89mm(3.5英寸)、長(zhǎng)度為430mm(17英寸)的彈性材料的模具中。模具用真空密封，并在常溫下施以各向等壓的靜壓力。然后，脫去彈性材料的模具，燒結(jié)冷壓過(guò)的坯料，制成密度為95%的坯料。
把燒結(jié)后的坯料擠壓成直徑為12.5mm(0.5英寸)的棒料，在經(jīng)過(guò)和例1、例2相同的熱處理后，得出室溫下的機(jī)械性能(表1)。
表1 T6熱處理后，以6061為基體的鋁土礦復(fù)合材料的機(jī)械性能材料 制造方法 屈服強(qiáng)度 模量(MPa) (GPa)6061+體積含量15% 攪拌熔融物 328 86.6
的陶瓷微球粒 和壓鑄6061+體積含量10% 混成砂鑄造 300 78.3的陶瓷微球粒 和擠壓6061+體積含量10% 粉末冶金CIPPED 320 78的陶瓷微球粒 燒結(jié)后擠壓6061+0.5Mg+19v/o陶瓷微球粒 鑄造和擠壓 305 88(-30μm)(標(biāo)準(zhǔn)T6)6061+0.5Mg+19v/o陶瓷微球粒 鑄造和擠壓 330 88(-30μm)(新T6)PM6061+19v/o陶瓷微球粒 燒結(jié)和擠壓 327 88(-100μm)(標(biāo)準(zhǔn)T6)Duralcan6061 攪拌熔融物和 296 81+體積含量10%的 擠壓Al2O3＊＊根據(jù)Duralcan數(shù)據(jù)表。
1.1.5h/530℃ 20小時(shí)/室溫予先時(shí)效，時(shí)效8小時(shí)/175℃2.1.5h/530℃，直接時(shí)效6小時(shí)/160℃下面進(jìn)一步公開(kāi)本發(fā)明使用微球粒制造的其它復(fù)合材料。
例6說(shuō)明Comral是一種以鋁為基體，20v/o(體積百分比20%)以下的陶瓷微球粒(CMS)加強(qiáng)的復(fù)合物。
基體標(biāo)準(zhǔn)6061合金加強(qiáng)劑含微球粒的氧化鋁平均粒子尺寸為20μm的CMS-20型。
標(biāo)記6061/Al2O3/20p(鋁業(yè)協(xié)會(huì)推薦)19mm棒料的抗拉性能擠壓后的性能動(dòng)力楊氏模量 (0.2%)屈服強(qiáng)度 極限抗拉強(qiáng)度 延伸率(最小)← 105MPa 200MPa 16%熱處理后的性能動(dòng)力楊氏模量 (0.2%)屈服強(qiáng)度 極限抗拉強(qiáng)度 延伸率(最小)85GPa 305MPa 330MPa 3.4%12.3Msi 44.2KSi 47.9KSi 3.4%在“T6”狀態(tài)下-530℃下保溫1.5小時(shí)，175℃下時(shí)效8小時(shí)。
常用6061(比較用)69GPa 276MPa 310MPa 17%10MSi 40KSi 45KSi 17%圖4、5和6示出了抗疲勞性能和高溫性能，而圖7、8和9示出了室溫下的硬度和密度。圖10-14示出了復(fù)合材料和可替換的復(fù)合材料(Comral 80)的顯微照片。Comral-80是以601(一種鑄造合金)為基體的復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料與工業(yè)常用復(fù)合材料的比較分析見(jiàn)圖15，圖中示出了由于采用了本發(fā)明而具有非常好的球形顆粒的極高的百分率，圖16和17是微球粒的顯微照片，圖中可清楚地看出良好的球形和細(xì)小的晶體結(jié)構(gòu)。圖18示出了與工業(yè)常用復(fù)合材料及未加強(qiáng)的6061相比，Comral-85的非常好的耐疲勞性能。圖19清楚地表示了Comral-85非常好的耐磨性。
上述例子中本發(fā)明的復(fù)合材料可進(jìn)行熱處理以得到高于例6中所列出的強(qiáng)度。
例7用鑄造方法制成各種用陶瓷微球粒加強(qiáng)的復(fù)合材料，并將5英寸的坯料擠壓成19mm的棒料。使用了粒子的各種體積含量和各種粒子尺寸。表3中拉伸性能的測(cè)定值表明，當(dāng)陶瓷顆粒的尺寸小于30μm時(shí)，可獲得抗拉強(qiáng)度與延展性最好的組合。
例8將體積含量10%的顆粒加入6061合金中，制成各種陶瓷微球粒加強(qiáng)的復(fù)合材料。用于制備微球粒的最后的煅燒溫度各不相同。最后煅燒溫度在1400℃～1450℃范圍內(nèi)的微球?？估阅芴貏e優(yōu)越(表3)。
表2 各種微球粒加強(qiáng)的以6061為基體的復(fù)合材料在T6熱處理并擠壓后的室溫拉伸性能公稱(chēng)體 加強(qiáng)劑 坯料 Rpo.2 Rm A5 試驗(yàn)積含量 的尺寸 批號(hào) (MPa) (MPa) (%) 號(hào)A 15 0-100μm 2 304 326 2.4 8B 0-45μm 3 302 322 3.4 14C 0-30μm 1 301 328 4.0 12D 19 0-30μm 4 316 344 3.7 23
E 24 0-45μm 1 330 345 0.7 4表3 有不同陶瓷微球粒顯微結(jié)構(gòu)的6061+0.3Mg+10%體積含量CMS(T6回火)的典型拉伸性能燒結(jié) S.A L.F.D. Rpo.2 Rm E A5 試驗(yàn)條件 (m2/g)(g/cm3)(MPa)(MPa)(GPa)(%) 號(hào)1350℃/3小時(shí) 1.01 1.46 - - - - -+1400℃/1小時(shí) 0.18 1.55 - - - - -+1400℃/3小時(shí) 0.13 1.50 298 315 81.0 3.2 21450℃/1小時(shí) 0.12 1.52 309 332 - 5.7 21450℃/3小時(shí) 0.19 1.47 301 318 81.8 1.9 21480℃/3小時(shí) 0.20 1.37 302 313 81.0 1.4 26061+0.3Mg - - 216 295 68.3 19.5 3++觀察到劇烈的反應(yīng)，未進(jìn)行測(cè)試+摘自金屬手冊(cè)S.A.＝CMS的表面積L.F.D.＝CMS的松散裝填密度Rpo.2＝0.2%的屈服點(diǎn)Rm＝極限拉應(yīng)力E＝楊氏模量A5＝拉伸延伸率
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)鋁土礦粒子煅燒的微球粒，這種微球粒的顆粒尺寸小于100微米，其特征是它基本上呈實(shí)心的形態(tài)，比重瓶測(cè)量密度基本上在3.2～3.9g/cm3范圍內(nèi)，BET表面積基本上在0.05～0.5m2/g范圍內(nèi)，而且晶粒尺寸小于4μm，這種微球粒具有能有選擇地增強(qiáng)微球粒的濕潤(rùn)性，以及使其與所用的基體材料粘結(jié)得更牢固的表面化學(xué)性質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的微球粒，其特征在于，它由鋁土礦的粒子制成，此種粒子的平均尺寸基本上在0.01-0.3μm范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微球粒，其特征在于，顆粒尺寸基本上在1-50μm范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的微球粒，其特征在于，顆粒尺寸小于30μm。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微球粒，其特征在于，它的性能基本上在下述各個(gè)范圍內(nèi)化學(xué)成分 重量%Al2O370～90SiO24～20Fe2O30～15TiO20～6Na2O 0～0.5K2O 0～1相分析 重量%多鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2) 30～90剛玉(α-Al2O3) 10～70鐵板鈦礦[(Fe，Al)2TiO5] 0～10晶粒尺寸 0～4μm容重(振動(dòng)后) 1.8～2.4g/cm3比重瓶測(cè)量密度 3.1～3.9g/cm3BET表面積(氮吸附) 0～0.5m2/g微球粒尺寸范圍 1～100μm
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的微球粒，其特征在于，所述的表面化學(xué)性質(zhì)的特點(diǎn)是表面富集了鈉。
7.如權(quán)利要求6所述的微球粒，其特征在于，表面鈉的濃度大約在0.5～5的原子量百分比。
8.一種制造鋁土礦微球粒的方法，它包括下述各工序制備鋁土礦或鋁土礦粘土的分散相;將分散的鋁土礦粒子分級(jí)，回收超細(xì)粒子部分;加入少量水溶性鹽類(lèi)、無(wú)機(jī)復(fù)合物或金屬有機(jī)復(fù)合物以控制微球粒的表面化學(xué)性質(zhì)，從而增強(qiáng)微球粒的濕潤(rùn)性和分散性，并且增進(jìn)它與所用的基體材料牢固粘結(jié)的能力;分散相進(jìn)行噴霧干燥，制成具有予定平均粒子直徑的未燒結(jié)的微球粒;未燒結(jié)的微球粒進(jìn)行煅燒和燒結(jié)，制成尺寸小于100μm的微球粒，上述微球粒的特點(diǎn)是，基本上是實(shí)心形態(tài)，比重瓶測(cè)定的密度基本上在3.2～3.9g/cm3范圍內(nèi)，BET表面積基本上在0.05～0.5m2/g范圍內(nèi)，晶粒尺寸小于4μm。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，煅燒在能產(chǎn)生足夠大的密度并且晶粒尺寸不大于4μm的溫度下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，煅燒基本上在1100℃～1600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，煅燒基本上在1300℃～1450℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
12.一種煅燒的微球粒，其特征在于用權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)方法生產(chǎn)。
13.一種復(fù)合材料，其特征在于它含有用權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)或權(quán)利要求10的方法制得的經(jīng)煅燒的微球粒。
14.一種復(fù)合材料，它含有鋁和如權(quán)利要求6所述的經(jīng)煅燒的微球粒。
全文摘要
由平均粒子尺寸為0.01-0.3μm的超細(xì)鋁土礦粒子制成的經(jīng)煅燒的微球粒，上述微球粒的顆粒尺寸小于30微米，并且具有基本上是實(shí)心的形態(tài)，其比重瓶測(cè)量密度基本上在3.2-3.9g/cm
文檔編號(hào)C09K8/80GK1056674SQ91100740
公開(kāi)日1991年12月4日 申請(qǐng)日期1990年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月22日
發(fā)明者托馬斯·K·史密夫, 雷蒙·W·肖, 克里斯托弗·J·希思科克, 萊斯利·C·愛(ài)德華斯, 馬爾科姆·J·庫(kù)帕 申請(qǐng)人:科馬爾科鋁有限公司