SiC/Al2O3复合微波吸收材料的制备方法及应用

本发明属于固废利用及微波吸收材料，具体涉及的是一种sic/al2o3复合微波吸收材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、煤炭为国民经济发展提供基础，但是在煤炭开采利用过程中会产生固体废弃物，包括在煤炭燃烧利用中产生的粉煤灰以及在煤炭化工转化过程中产生的气化灰渣。目前对其处置主要以填埋堆存为主，粉煤灰与煤气化残渣的累计堆存量逐年上升，造成了严重的资源浪费和环境污染。目前粉煤灰和煤气化残渣在农业肥料、建工建材、稀有元素提纯及土壤改性等领域已有相关应用研究，但整体仍存在利用率不高、工艺不成熟、附加值偏低等诸多问题，所以有效实现煤基固废的综合利用将对我国煤化工产业绿色、低碳和循环发展具有十分重要的意义。

2、随着现代科学技术尤其是电子工业技术的高速发展，不同频率的电磁辐射充斥着人们的生活空间，造成严重的电磁污染。同时，隐身材料的研究也受到世界各国的高度重视。针对电磁污染防治、电磁屏蔽和隐身技术对吸波材料性能要求的提高，研制和开发高性能吸波材料成为关键。现阶段，要求微波吸收材料在保证吸收强度和频带宽度的前提下，还需兼顾低成本和制备工艺简单化，以满足大型电磁设备防护需求。另一方面，在实际使用过程中，还需要考虑微波吸收材料的环境适应性。

3、众所周知，碳化硅、莫来石、黏土、氮化硅等陶瓷材料具有稳定的物化性能与力学性能，如耐高温、高压，抗冲击，耐腐蚀，密度小等，被广泛用于航天航空以及深海探索领域。其中碳化硅因具有热传导率高、高硬度、耐氧化、热膨胀系数低、抗蠕变等优点，是一种性能优良的介电损耗型陶瓷吸波材料。然而，单组分碳化硅无法满足实际应用需求，通常采用复合掺杂、结构优化、改变微观形貌等方法来提高其吸波性能。此外，传统的碳化硅制备成本较高，限制了其规模化生产应用。

4、基于上述，如果能够合理开发利用粉煤灰与煤气化残渣制备sic/al2o3复合微波吸收材料，不仅可以有效缓解因粉煤灰和煤气化残渣大量排放、堆积引起的各类生态环境压力，而且能够降低碳化硅复合吸波材料的生产成本，真正实现固废粉煤灰和煤气化残渣的综合利用，变废为宝，环境效益、社会效益与经济效益兼顾。

技术实现思路

1、本发明目的在于解决粉煤灰和煤气化残渣的资源化利用问题，为其高值化、规模化应用提供新思路，同时实现sic复合微波吸收材料的低成本制备，本发明提供一种利用粉煤灰与煤气化残渣制备sic/al2o3复合微波吸收材料的方法及其应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、sic/al2o3复合微波吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将粉煤灰、煤气化残渣分别进行球磨，然后分别经70目~200目标准筛进行筛分，筛选出的粉煤灰与煤气化残渣分别置于烘箱中干燥，干燥温度为80℃~100℃，干燥时间为2~4小时；

5、s2、将步骤s1干燥处理后的粉煤灰与煤气化残渣粉体按质量比（1~6）：1均匀混合，然后将混合粉料置于管式炉内，在惰性气氛下经1300℃~1600℃恒温焙烧2h~6h，然后随炉冷却至室温，制得sic/al2o3复合微波吸收材料。

6、采用如上所述的制备方法制得的sic/al2o3复合微波吸收材料在微波吸收过程中的应用。

7、进一步地，在所述步骤s1中，粉煤灰的化学组成及其质量百分比为：sio2：30%~48%，al2o3：22%~46%，fe2o3：3%~9%，tio2：0.5%~1.2%，cao：0.2%~1.0%，k2o：0.3%~1.3%，烧失量（loi）：8%~15%，各化学组成的质量百分比之和为100%。

8、进一步地，在所述步骤s1中，煤气化残渣的工业分析为：固定碳：75%~83%，挥发分：6%~15%，水分：1%~5%，灰分：5%~9%，各化学组成的质量百分比之和为100%。

9、进一步地，所制得的sic/al2o3复合微波吸收材料的物相为al2o3、sic、c和fe3si。

10、与现有技术相比本发明的有益效果为：

11、（1）在焙烧过程中，粉煤灰内部的fe2o3成分对sic的生成起到催化作用，进一步降低焙烧温度；反应后期形成的fe3si相作为磁损耗组分可以与介电组分sic、c协同增强复合材料的微波吸收性能。

12、（2）本发明所使用的主要原料粉煤灰和煤气化残渣都属于煤基固废，将两者有效回收利用制备sic/al2o3复合微波吸收材料，制备工艺流程简便，为大宗型煤基固废的高附加值利用提供借鉴，而且有助于实现微波吸收材料的低成本化制备。

13、（3）经惰性气氛条件下高温焙烧处理，煤气化残渣内部的固定碳可以将其和粉煤灰中的sio2原位还原为介电组分sic，无需额外碳源，反应生成的sic则与基体al2o3、剩余碳及fe3si相协同增强材料的微波吸收性能。

技术特征：

1.sic/al2o3复合微波吸收材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的sic/al2o3复合微波吸收材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤s1中，粉煤灰的化学组成及其质量百分比为：sio2：30%~48%，al2o3：22%~46%，fe2o3：3%~9%，tio2：0.5%~1.2%，cao：0.2%~1.0%，k2o：0.3%~1.3%，烧失量：8%~15%，各化学组成的质量百分比之和为100%。

3.根据权利要求1所述的sic/al2o3复合微波吸收材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤s1中，煤气化残渣的工业分析为：固定碳：75%~83%，挥发分：6%~15%，水分：1%~5%，灰分：5%~9%，各化学组成的质量百分比之和为100%。

4.根据权利要求1所述的sic/al2o3复合微波吸收材料的制备方法，其特征在于：所制得的sic/al2o3复合微波吸收材料的物相为al2o3、sic、c和fe3si。

5.采用如权利要求1所述的制备方法制得的sic/al2o3复合微波吸收材料在微波吸收过程中的应用。

技术总结
本发明提供了一种SiC/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合微波吸收材料的制备方法及应用，属于固废利用及微波吸收材料技术领域，解决固体废弃物粉煤灰和煤气化残渣高值化、资源化利用的技术问题。解决方案为：分别对粉煤灰和煤气化残渣进行球磨、筛分处理，得到粒径均一的原料粉体，然后按照一定比例均匀混合后，再经惰性气氛下焙烧处理，即可得到SiC/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合微波吸收材料，其主要物相为Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、SiC、C和Fe<subgt;3</subgt;Si。本发明以煤基固废粉煤灰与煤气化残渣为原料制备陶瓷复合吸波材料，为粉煤灰和煤气化残渣的综合利用提供了借鉴，也实现了微波吸收材料的低成本化制备。

技术研发人员：梁丽萍,张金鹏,王彩,李凌霄,黄奕荣,李康晋,力国民,田玉明,张克维,王凯悦,贾琨,王月祥,王喆
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13