一种制备镁铝尖晶石的反应烧结方法
【技术领域】
[0001]本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种制备镁铝尖晶石的反应烧结方法。
【背景技术】
[0002]MgAl2O4尖晶石(MAS)为面心立方晶体结构，因而MAS具有一些重要的性质，例如，高熔点(2135°C )，高机械强度，良好的耐化学腐蚀性能，良好的抗热震性，良好的电绝缘性，较高的相对密度(3.58g.αιΓ3)。MAS被广泛用于冶金、电化学、化学等领域。然而，纯天然的铝镁尖晶石非常稀少，工业上用的铝镁尖晶石都是通过人工合成的方法合成的。根据生产工艺的不同被分为:烧结尖晶石和电熔尖晶石。由于电熔法主要是间歇操作，浇筑块的冷却导致显微结构的不均匀，难以满足工业要求，所以大部分是采用烧结法来制备镁铝尖晶石。
[0003]由于MgO和Al2O3反应生成MAS的过程中会伴随8%的体积膨胀，所以一步煅烧难以获得致密的MAS烧结体。为了避免这个问题以前通常采用两步煅烧法来制备高致密度的MAS，即首先在大于1500°C的温度下合成MAS粉末，然后在研磨、压制成型之后，在高于1900°C的温度下烧结。由于需要两步煅烧过程，所以消耗的电量很高，导致生产成本很高。为此前人尝试了一些新的烧结方法来缩短烧结时间或降低烧结温度，例如，微波烧结法、真空烧结法、放电等离子烧结法等，然而这些烧结方法需要一些高端的设备，所以难以大规模生产应用。总体来说这些固相法不足之处是制备过程中容易引入杂质，烧结制品纯度低，颗粒不均匀以及形状难以控制，另外煅烧温度较高、生产成本高。镁铝尖晶石陶瓷的机械性能主要取决于镁铝尖晶石的微观结构，在通常情况下可以通过减小晶粒尺寸，来实现提高机械性能的目标。另外镁铝尖晶石陶瓷的抗熔体渗透和耐腐蚀性能还取决于其烧结致密化程度，通过提高镁铝尖晶石陶瓷的致密度、降低气孔率，来提高抗熔体渗透和耐熔体腐蚀性會K。
[0004]在制备镁铝尖晶石陶瓷的过程中，尤其是在烧结时由于温度的作用，烧结体不可避免的发生晶界的迀移，导致孔隙的球化聚集和长大，晶粒的尺寸长大等现象。因而烧结温控制度的设计会显著影响陶瓷的烧结性能和显微结构的均一性。烧结温度过低或烧结时间过短，则反应不能发生或反应不能完全；温度过高或时间过长，则生成的产物颗粒容易粗大，而且过高的温度还可能使原料蒸发或产物分解。为此，本发明提出一种制备镁铝尖晶石的反应烧结方法，即先煅烧合成镁铝尖晶石；接着继续加热到一个较高的温度，使体系获得一个足以发生晶界扩散的热力学驱动力；然后快速降温至某一较低温度继续保温，从而抑制晶界迀移，并利用晶界扩散作用使试样达到致密，同时有利于形成均一的微观结构，促进镁铝尖晶石陶瓷机械性能的提高。本发明的反应烧结法与传统方法相比较最大的优点在于可一段反应烧结制备致密的镁铝尖晶石，另外避免长时间的高温烧结，降低镁铝尖晶石的生产成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种制备镁铝尖晶石的反应烧结方法。采用本发明，可制备微观结构均一、致密度高的镁铝尖晶石，且生产成本低。根据反应烧结方法来改善镁铝尖晶石陶瓷的微观结构和烧结性能，提高镁铝尖晶石陶瓷材料的机械性能、抗熔体渗透和耐熔体腐蚀性能，可以广泛应用于有色金属冶炼行业、钢铁行业和石化行业中。
[0006]本发明的目的是通过以下方式实现的。
[0007]一种制备镁铝尖晶石的反应烧结方法，将镁质原料和铝质原料混合，在高能球磨、压制成型，干燥后，经反应烧结制备镁铝尖晶石陶瓷；采用反应烧结步骤依次如下:以4?160C /min的升温速率升温到1250?1550°C的温度下保温0.5?16h ;再以4?16°C /min的升温速率升温到1550?1750°C的温度下保温不超过1.5h ;以10?70°C /min的降温速率降温到1300?1600°C的温度下保温0.5?16h，然后自然冷却至室温。
[0008]上述方法中反应烧结优选步骤依次如下:以5?10°C /min的升温速率升温到1300?1500°C的温度下保温I?15h ;以5?15°C /min的升温速率升温到1600?1700°C的温度下保温不超过Ih ;以20?60°C /min的降温速率降温到1350?1550°C的温度下保温I?15h，然后自然冷却至室温。
[0009]上述方法中镁质原料和销质原料分别以A1203、MgO计，按摩尔比为Al2O3 = MgO =1:1的比例称取混合。
[0010]上述方法中镁质原料包括碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁中的一种或两种以上的混合物。
[0011]上述方法中铝质原料包括碳酸铝、氢氧化铝、氧化铝中的一种或两种以上的混合物。
[0012]上述方法中镁质原料的杂质含量低于5wt.%，销质原料的杂质含量低于5wt.%。
[0013]上述方法中高能球磨工艺是:球磨时间I?10h，转速10?100r/min，球料比1:1 ?5:1。
[0014]上述方法中球磨助剂包括乙醇、乙二醇以及丙三醇中的一种或两种以上的混合物。
[0015]上述方法中压制成型是在液压机下压制成型，成型压力为50?200MPa，保压时间为 I ?1min0
[0016]上述方法中压制成型后将物料置于恒温箱中于120?160°C的温度下干燥5?12h0
[0017]与现有技术相比，本发明具有下列优点:
[0018](I)采用本发明得到的镁铝尖晶石陶瓷，镁铝尖晶石合成率高，杂质含量少、纯度尚;
[0019](2)采用本发明得到的镁铝尖晶石陶瓷，颗粒尺寸小，微观结构均一，致密度高，且高温保温时间短、能耗较低；
[0020](3)本发明制备工艺简单，容易操作，实用性强。
【附图说明】
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[0021]图1本发明制备镁铝尖晶石的烧结步骤示意图；
[0022]图2本发明制得的镁铝尖晶石的XRD图；
[0023]图3本发明制得的镁铝尖晶石的SEM图。
【具体实施方式】
[0024]下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0025]实施例1
[0026]杂质含量为4wt.%的氧化镁和杂质含量为Iwt.%的氧化铝，按MgO = Al2O3摩尔比为1:1配比，在转速为10r/min和球料