專利名稱：剛玉－莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷燒成用結(jié)合劑，尤其是涉及一種剛玉-莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法。
背景技術(shù)：
結(jié)合劑在陶瓷及耐火材料制品中按其存在的時(shí)間可以分為暫時(shí)結(jié)合劑和永久性結(jié)合劑前者在制品燒結(jié)或使用過程中因升溫而分解，揮發(fā)而離開制品，其殘余部分不再對制品或很少對制品性能產(chǎn)生影響；后者則在燒結(jié)和使用過程中永久地留在制品中，并必然對制品的性能產(chǎn)生影響。這種永久性結(jié)合劑往往又分為在燒結(jié)或使用過程中發(fā)生變化和不起變化兩類。一般說來，多數(shù)結(jié)合劑會(huì)使制品的高溫性能下降，對于高溫陶瓷和耐火材料而言，這種顆粒間或顆粒與細(xì)粉間的最佳結(jié)合相無疑是其主相本身或耐火性能與主晶相相近并對制品性能產(chǎn)生良好影響的第二相，在高溫陶瓷和耐火材料以固相燒結(jié)為主要機(jī)理的制品中，微粉加入作為燒結(jié)促進(jìn)劑，同時(shí)也在制品燒結(jié)過程中充當(dāng)這種結(jié)合相的作用。但是，在一般高溫陶瓷及耐火材料工藝中加入的微粉多為微米級，活性并不很高，更細(xì)的超微粉則價(jià)格昂貴，使一般高溫陶瓷難以接受，分散程度最高、活性最大的顯然是分散到離子、分子的溶液，但是在一般高溫陶瓷和耐火材料工藝中，作為結(jié)合相加入，它的量又太少。
近年來廣泛應(yīng)用于制造超微粉的溶膠-凝膠法的中間產(chǎn)物——共沉淀(或水解)凝膠，由于它的分散度高于一般的微粉，而且混和十分均勻，活性較高，并且具有良好的結(jié)合性能，利用它作為結(jié)合劑能很好分布在顆粒與基質(zhì)交界處，而且共沉淀凝膠極容易調(diào)整其多元組分，可以方便地按制品對性能的要求在其關(guān)鍵部位添加多組分的結(jié)合相，同樣它也可以應(yīng)用溶膠凝膠法中的沉淀包裹法所形成的粉膠混合體作為結(jié)合劑。這為高溫陶瓷和耐火材料的低溫活性燒結(jié)開辟了新的途徑。
目前剛玉-莫來石和莫來石制品常用的結(jié)合劑有粘土、莫來石細(xì)粉，氧化鋁細(xì)粉及硅微粉，這些結(jié)合劑中只有粘土具有良好的塑性，能提供一定的結(jié)合強(qiáng)度，硅微粉則需較長時(shí)間的水化之后能產(chǎn)生一定的強(qiáng)度，而莫來石細(xì)粉和氧化鋁細(xì)粉則屬于脊性料根本無法提供相應(yīng)的強(qiáng)度，粘土和硅微粉在引入的過程中易帶入較多量的雜質(zhì)，而氧化鋁粉和莫來石細(xì)粉結(jié)合的陶瓷則需另外的有機(jī)結(jié)合劑，并且燒成溫度高。我們則在目前剛玉-莫來石陶瓷和莫來石陶瓷結(jié)合劑現(xiàn)狀的條件下開發(fā)了硅鋁凝膠作為這些陶瓷的結(jié)合劑，不僅能提供一定的生坯結(jié)合強(qiáng)度，還能減少雜質(zhì)的引入，提高陶瓷的綜合性能。
目前制備商品化的硅鋁凝膠很少，只有單獨(dú)的鋁膠或硅膠可買，常用的硅鋁凝膠則是通過溶膠-凝膠的方法制備，利用醇鹽的水解和聚合反應(yīng)制成均勻的溶膠，最后形成凝膠，制備硅鋁凝膠成本很高，根本無法在耐火材料或普通陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種剛玉-莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法。利用鋁膠和硅膠為原料制備適合目前耐火材料和陶瓷使用的硅鋁凝膠。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該方法包括以下各步驟1)將市售濃度為的10～20wt％氧化鋁含量的鋁膠加到盛有經(jīng)酸化的PH值為2.5～3.0的去離子水進(jìn)行稀釋，攪拌配置成氧化鋁含量為5～10wt％的鋁溶膠備用；2)在氧化硅含量為18wt％的硅溶膠中加入去離子水進(jìn)行稀釋，攪拌配置成氧化硅含量為5～10wt％的硅溶膠備用；3)將配制好的鋁溶膠在60～95℃反應(yīng)釜中攪拌回流半小時(shí)，冷卻到10～50℃按莫來石化學(xué)式比例加入定量的硅溶膠，邊加入邊攪拌，同時(shí)控制PH值≤3，攪拌時(shí)間為1～3小時(shí)制備硅鋁溶膠。
通過脫水可制備莫來石濃度為5～10％的硅鋁凝膠，加入氨水或有機(jī)堿3-氨基丙醇可加快硅鋁溶膠的膠凝時(shí)間，加入乙酰丙酮可延緩硅鋁溶膠的膠凝時(shí)間。
用于去離子水酸化的材料為乙酸、硝酸、鹽酸或草酸。
制備好的硅鋁溶膠中加入硅鋁溶膠重量的2～10％的三氟化鋁礦化劑攪拌得到含礦化劑的硅鋁凝膠。
本發(fā)明具有的有益的效果是提供一種能有效提高陶瓷性能，又能在較低的溫度條件下實(shí)現(xiàn)燒結(jié)的硅鋁凝膠結(jié)合劑，主要是以硅溶膠和鋁溶膠作為原料，通過控制鋁膠的pH值，通過溶膠-凝膠過程制備硅鋁凝膠。在制備凝膠的過程中通過脫水可控制硅鋁含量，引入氨水或乙酰丙酮可控制膠凝時(shí)間，在硅鋁凝膠中引入三氟化鋁礦化劑可控制硅鋁凝膠在燒成過程中生成的莫來石物相的晶型。鋁硅凝膠能在陶瓷與耐火材料制備的過程中作為結(jié)合劑，也可用于超細(xì)莫來石粉體的制備，在使用過程中引入礦化劑可控制所生成莫來石組份的晶體形狀，促進(jìn)陶瓷或耐火材料性能的提高。


圖1是干凝膠粉末100℃烘干后TEM照片；圖2是干凝膠粉末1100℃熱處理后TEM照片；圖3是膠粉末經(jīng)1250℃熱處理后TEM照片；圖4是含氟化鋁干凝膠粉末經(jīng)1250℃熱處理后TEM照片。
具體實(shí)施例方式
將鋁膠(氧化鋁含量10～20wt％)加到盛有乙酸酸化的去離子水(PH值為2.5)容器中進(jìn)行稀釋，攪拌配置成氧化鋁含量為5％的鋁溶膠備用，同時(shí)也在硅溶膠(氧化硅含量為18wt％)中加入去離子水進(jìn)行稀釋，攪拌配置成氧化硅含量為5％的硅溶膠備用。將鋁溶膠在80℃反應(yīng)釜中攪拌回流半小時(shí)，冷卻到40℃按莫來石配比加入一定量氧化硅含量為5％的硅溶膠，邊加入邊攪拌，同時(shí)要控制PH值≤3，攪拌時(shí)間為2小時(shí)制備硅鋁溶膠，然后通過脫水制備不同濃度的硅鋁凝膠，加入氨水或有機(jī)堿3-氨基丙醇可加快硅鋁溶膠的膠凝時(shí)間，加入乙酰丙酮可延緩硅鋁溶膠的膠凝時(shí)間。
表1為鋁硅溶膠在不同PH值條件下的膠凝情況，發(fā)現(xiàn)pH值≤3.0的溶膠在很長時(shí)間內(nèi)能保持半透明無沉淀，pH＝3.2～8.0的溶膠均呈現(xiàn)渾濁或沉淀現(xiàn)象。其中pH＝3.2、3.5兩試樣開始時(shí)濁度較小，隨著時(shí)間的延長濁度逐漸增大，而其他試樣一開始就顯得相當(dāng)混濁，然后逐漸沉降。
表1鋁硅溶膠系統(tǒng)在不同pH值下的膠凝情況

表2鋁硅溶膠在不同溫度和PH值條件下的膠凝時(shí)間，隨著溫度和PH值的提高凝膠時(shí)間逐漸縮短，其中溫度的作用尤為明顯，室溫條件下的膠凝時(shí)間為10天左右，而在80℃僅需2小時(shí)。在鋁硅溶膠之中加入氨水，溶膠迅速膠凝失去流動(dòng)性得到堿化凝膠；而在鋁溶膠中予加入乙酰丙酮能延長鋁硅溶膠的膠凝時(shí)間，在200ml鋁溶膠中引入10ml乙酰丙酮，在80℃的條件下，膠凝時(shí)間為3.5小時(shí)，延長了1.5小時(shí)。
表2鋁硅溶膠在不同溫度和PH值條件下的膠凝時(shí)間

圖1、圖2、圖3是對凝膠粉末經(jīng)不同溫度熱處理后的透射電鏡圖譜，經(jīng)過100℃烘干后的凝膠粉末是多孔團(tuán)聚體；經(jīng)過1100℃熱處理2小時(shí)后主要由30-40nm的等軸狀粒子構(gòu)成；而經(jīng)過1250℃熱處理2小時(shí)后，莫來石粉體為板狀晶粒，發(fā)育完全。圖4為硅鋁凝膠添加三氟化鋁經(jīng)過1250℃熱處理后所得的粉體TEM照片，由圖可見，粉體形成了呈縱橫交錯(cuò)的晶須狀結(jié)構(gòu)，從圖4B可知晶須的長為28μm，寬為700nm，長徑比大于30，從圖4可以看出其晶型結(jié)構(gòu)為莫來石相，氟化鋁的引入有利于硅鋁凝膠在高溫下生成莫來石晶須，在莫來石結(jié)合剛玉陶瓷中表現(xiàn)出良好抗熱震性。
權(quán)利要求
1.一種剛玉-莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法，其特征在于該方法包括以下各步驟1)將市售濃度為的10～20wt％氧化鋁含量的鋁膠加到盛有經(jīng)酸化的PH值為2.5～3.0的去離子水進(jìn)行稀釋，攪拌配置成氧化鋁含量為5～10wt％的鋁溶膠備用；2)在氧化硅含量為18wt％的硅溶膠中加入去離子水進(jìn)行稀釋，攪拌配置成氧化硅含量為5～10wt％的硅溶膠備用；3)將配制好的鋁溶膠在60～95℃反應(yīng)釜中攪拌回流半小時(shí)，冷卻到10～50℃按莫來石化學(xué)式比例加入定量的硅溶膠，邊加入邊攪拌，同時(shí)控制PH值≤3，攪拌時(shí)間為1～3小時(shí)制備硅鋁溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛玉-莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法，其特征在于通過脫水可制備莫來石濃度為5～10％的硅鋁凝膠，加入氨水或有機(jī)堿3-氨基丙醇可加快硅鋁溶膠的膠凝時(shí)間，加入乙酰丙酮可延緩硅鋁溶膠的膠凝時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛玉-莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法，其特征在于用于去離子水酸化的材料為乙酸、硝酸、鹽酸或草酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛玉-莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法，其特征在于制備好的硅鋁溶膠中加入硅鋁溶膠重量的2～10％的三氟化鋁礦化劑攪拌得到含礦化劑的硅鋁凝膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剛玉－莫來石復(fù)合陶瓷用硅鋁凝膠結(jié)合劑的制備方法。主要是以硅溶膠和鋁溶膠作為原料，通過控制鋁膠的pH值，通過溶膠－凝膠過程制備硅鋁凝膠。在制備凝膠的過程中通過脫水可控制硅鋁含量，引入氨水或乙酰丙酮可控制膠凝時(shí)間，在硅鋁凝膠中引入三氟化鋁礦化劑可控制硅鋁凝膠在燒成過程中生成的莫來石物相的晶型。鋁硅凝膠能在陶瓷與耐火材料制備的過程中作為結(jié)合劑，也可用于超細(xì)莫來石粉體制備，在使用過程中引入礦化劑可控制所生成莫來石組份的晶體形狀，促進(jìn)陶瓷或耐火材料性能的提高。
文檔編號C04B35/185GK1669979SQ20051004935
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者王家邦, 楊輝, 茅宇雄, 陳桂華 申請人:浙江大學(xué)