專(zhuān)利名稱(chēng)：一種β－賽隆陶瓷粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，尤其涉及一種β-賽隆陶瓷粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
賽隆是由硅、鋁、氧、氮組成的化合物，英文全稱(chēng)為“SiliconAluminum Oxynitncle”簡(jiǎn)稱(chēng)即Sialon。其化學(xué)式為Si6-zAlzOzN8-z(0＜z≤4.2)，式中z為O原子置換N原子數(shù)。β-Sialon屬于六方晶系，抗熱震斷裂強(qiáng)度優(yōu)異，這種性能來(lái)源于低的熱膨脹系數(shù)，為2～3×10-6k-1。賽隆材料氧化后表面形成SiO2或莫來(lái)石的耐火薄膜而具有優(yōu)良的抗氧化性能。由于賽隆材料在高溫下具有良好的機(jī)械性能和抗熱震性，膨脹系數(shù)小，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐腐蝕，且抗熔融金屬和抗氧化能力強(qiáng)，是耐火材料、密封圈、軸承、閥體的理想材料。
中國(guó)專(zhuān)利CN 02146408公開(kāi)了一種制備貝踏賽隆的方法，該方法采用煤干石、煤粉、氮?dú)庾髟希铣晒に嚍樵霞?xì)粉按要求配比預(yù)先混合→加入結(jié)合劑混合→機(jī)壓成型→干燥→還原氮化氣氛下燒結(jié)合成→冷卻出爐。工藝要求如下原料細(xì)粉均細(xì)磨至小于0.08mm；結(jié)合劑采用糖漿；氣氛為氮?dú)鈿夥?；燒結(jié)合成溫度1400℃保溫8小時(shí)，再燒至1600℃保溫2小時(shí)。中國(guó)專(zhuān)利CN 1349956公開(kāi)了一種低成本合成賽隆陶瓷粉末的方法，其特征是利用冶金爐渣或石灰石或粉煤灰工業(yè)廢料，或廉價(jià)天然礦物為原料，通過(guò)添加金屬硅粉、鋁粉以及部分晶種，以α-Sialon的通式M[x]Si[12-(m+n)]Al[m+n]OnN[16-n]中的x、m、n值作為設(shè)計(jì)賽隆陶瓷主要參數(shù)(當(dāng)M為Nd、Sm、Gd、Dy、Y和Yb時(shí)，0.33＜x＜0.67，m＝3x，m＝2n；當(dāng)M為Ca時(shí)，0.4＜x＜1.4，m＝2n＝2x)，原料經(jīng)球磨烘干后，經(jīng)高溫自蔓延工藝合成再經(jīng)過(guò)處理得到單相α-Sialon粉料，該粉料具有非常好的燒結(jié)性，可在1600-1800℃之間無(wú)壓燒結(jié)，密度達(dá)3.07g/cm3，硬度為15.53GPa，韌性為4.72MPa·m[1/2]，并具有遠(yuǎn)高于Al2O3和ZrO2陶瓷和優(yōu)于SiC陶瓷的的耐沖刷性能。上述兩種方法原料成分雜，制備成本高，反應(yīng)物雜質(zhì)多。
自蔓延高溫合成技術(shù)(SHS)是利用化學(xué)反應(yīng)使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行以合成新材料的新型工業(yè)技術(shù)。到目前為止，許多新材料如TiC、TiN、MoSi2、Si3N4、AlN已經(jīng)可以利用SHS方法連續(xù)、大規(guī)模生產(chǎn)。SHS方法的優(yōu)點(diǎn)有(1)節(jié)省時(shí)間，利用能源充分；(2)設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單；(3)產(chǎn)品純度高(因?yàn)镾HS能產(chǎn)生高溫，使某些不純物質(zhì)揮發(fā)掉)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100％；(4)產(chǎn)量高(因?yàn)榉磻?yīng)速度快)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用SHS法制備β-賽隆陶瓷粉末的方法，它該制備方法具有節(jié)能、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高、成本低以及有害雜質(zhì)低的特點(diǎn)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種β-賽隆陶瓷粉末的制備方法，其特征是原料至少包括45～65％份重的氧化鋁含量大于97％的氧化鋁材料、35～45％份重的硅含量大于97％的金屬硅材料、0～15％的鋁含量大于95％的金屬鋁材料組成；再將充分混合的反應(yīng)料裝入反應(yīng)器中，充入20-60MPa的純度大于99.9％氮?dú)?，由金屬絲點(diǎn)燃反應(yīng)料進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物進(jìn)行球磨，可得到β-賽隆陶瓷粉末。粉末粒度小于0.045mm。
本發(fā)明的反應(yīng)物中硅與氮的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放出的熱量有723.8KJ/mol，鋁與氮的反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，放出的熱量有293.4KJ/m0l。以上放熱反應(yīng)產(chǎn)生高溫使氧化鋁也參與反應(yīng)形成β-賽隆。主要反應(yīng)如下所示
式中Si3Al3O3N5為Z＝3的β-賽隆。
同采用煤干石、天然原料或工業(yè)廢料的合成方法相比，本發(fā)明的方法制備的賽隆材料其有害雜質(zhì)如K2O、Na2O、CaO、MgO的含量極低，可以應(yīng)用在苛刻的高溫條件下，如高爐用磚、滑動(dòng)水口磚、透氣磚、鐵溝澆注料、窯具、高溫發(fā)動(dòng)機(jī)等。而采用煤干石、天然原料或工業(yè)廢料的合成方法制備的賽隆材料其高溫性能下降明顯，氧化后的產(chǎn)物為低熔點(diǎn)的長(zhǎng)石類(lèi)，其應(yīng)用領(lǐng)域極為有限。
同機(jī)壓成型、高溫氮化燒結(jié)工藝制備方法相比，本發(fā)明的原料不需成型、不需高溫加熱設(shè)備和燃料，是利用金屬絲點(diǎn)燃反應(yīng)原料，通過(guò)自身反應(yīng)放熱的熱量就可足夠維持反應(yīng)的進(jìn)行。因此本發(fā)明的方法具有節(jié)能、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本低等特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
反應(yīng)原料配方純度大于97％的氧化鋁45～65％(重量百分?jǐn)?shù))純度大于97％的金屬硅材料35～45％(重量百分?jǐn)?shù))純度大于95％的金屬鋁材料0-15％(重量百分?jǐn)?shù))表1 列出五個(gè)配方號(hào)的反應(yīng)原料的成分和反應(yīng)物物相組成(重量百分?jǐn)?shù))；表1
將表1中的反應(yīng)原料充分混合后裝入反應(yīng)器中，充入20-60MPa的純度大于99.9％氮?dú)猓山饘俳z點(diǎn)燃反應(yīng)料進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物進(jìn)行球磨，可得到粒度小于0.045mm的高性能3-賽隆陶瓷粉末。
權(quán)利要求
1.一種β-賽隆陶瓷粉末的制備方法，其特征是原料至少包括45～65％份重的氧化鋁含量大于97％的氧化鋁材料、35～45％份重的硅含量大于97％的金屬硅材料、0～15％的鋁含量大于95％的金屬鋁材料組成；再將充分混合的反應(yīng)料裝入反應(yīng)器中，充入20-60MPa的純度大于99.9％氮?dú)?，由金屬絲點(diǎn)燃反應(yīng)料進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物進(jìn)行球磨，可得到β-賽隆陶瓷粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，尤其涉及一種β－賽隆陶瓷粉末的制備方法。其特征是原料至少包括45～65％份重的氧化鋁含量大于97％的氧化鋁材料、35～45％份重的硅含量大于97％的金屬硅材料、0～15％的鋁含量大于95％的金屬鋁材料組成；再將充分混合的反應(yīng)料裝入反應(yīng)器中，充入20－60MPa的純度大于99.9％氮?dú)?，由金屬絲點(diǎn)燃反應(yīng)料進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物進(jìn)行球磨，可得到β－賽隆陶瓷粉末。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有節(jié)能、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高、性能好、成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1727308SQ20041005328
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者金從進(jìn), 李澤亞, 劉百臣, 周日新, 沈建業(yè) 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海寶鋼生產(chǎn)協(xié)力公司