專利名稱：等離子冶金法制備大尺寸剛玉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氧化鋁陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及剛玉的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋁陶瓷可以制備成許多現(xiàn)代科研和工業(yè)部門不可替代的光學(xué)、激光器、電工電子、磁流體發(fā)電機(jī)元器件和高級(jí)耐火材料，粗晶氧化鋁為剛玉耐磨材料，純度很高或含有某些特定雜質(zhì)的大單晶氧化鋁就是紅寶石或藍(lán)寶石。氧化鋁的熔點(diǎn)是2050°C，由于工作溫度在2000°C以上的氧化性氣氛加熱電爐制造難度極大，限制了人們利用冶金熔煉法直接熔鑄高純氧化鋁陶瓷，只能用低熔點(diǎn)玻璃相粘結(jié)氧化鋁粉體來形成陶瓷，當(dāng)氧化鋁含量達(dá)到90%以上時(shí)，稱之為剛玉瓷。隨著氧化鋁粉含量的增加，燒結(jié)溫度大幅度提高。電弧可以達(dá)到5000°C以上的高溫，但是由于氧化鋁粉體不導(dǎo)電，受熱均勻性很差，用電弧熔融法只能生產(chǎn)鋼玉砂。目前制造寶石級(jí)剛玉氧化鋁的方法有氫氧焰熔融晶體生長(zhǎng)法、熔融晶體提拉法、模擬天然熱液礦床成礦條件的水熱法、和冷坩堝高頻熔煉法，但都效率極低，成本很高，難以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。本發(fā)明在等離子冶金技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)明一種等離子冶金法制備大尺寸剛玉的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)利用等離子冶金法熔融制備大尺寸剛玉材料。其技術(shù)原理是用等離子弧將熔點(diǎn)為1565°C的氧化鐵粉加熱熔化，同時(shí)埋入氧化鐵粉底部的鋁塊受熱熔化，兩種液體混合后被等離子弧引燃，發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)即鋁熱反應(yīng)，生成鐵與氧化鋁(Fe203+2A1 — Al203+2Fe)，同時(shí)釋放出大量的反應(yīng)熱，在等離子弧與反應(yīng)熱的共同作用下，反應(yīng)產(chǎn)物的鐵和氧化鋁都呈熔融狀態(tài)，由于二者密度差別很大，在重力作用下鐵液下沉而氧化鋁液上浮，隨后緩慢冷卻凝固結(jié)晶，從而得到致密的純氧化鋁大尺寸剛玉材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是以廉價(jià)的氧化鐵粉和鋁塊為反應(yīng)原料，用清潔的高溫?zé)嵩吹入x子弧快速加熱原料并充分利用化學(xué)反應(yīng)熱量，高效便捷地得到純凈的熔融氧化鋁液，結(jié)晶凝固后即可獲得大塊的高純度氧化鋁剛玉材料。
具體實(shí)施例方式在耐火材料坩堝的底部鋪放鋁塊，上部填實(shí)氧化鐵粉，氧化鐵粉與鋁塊的重量比為3 1，用等離子弧從坩堝上部加熱氧化鐵粉至熔融狀態(tài)并引發(fā)鋁熱反應(yīng)，待反應(yīng)停止后熄滅等離子弧，在坩堝頂部蓋上保溫蓋。
權(quán)利要求
1.一種等離子冶金法制備大尺寸剛玉的方法，實(shí)施方式是，在耐火材料坩堝的底部鋪放鋁塊，上部填實(shí)氧化鉄粉，氧化鐵粉與鋁塊的重量比為3 1，用等離子弧從坩堝上部加熱氧化鉄粉至熔融狀態(tài)并引發(fā)鋁熱反應(yīng)，待反應(yīng)停止后熄滅等離子弧，在坩堝頂部蓋上保溫蓋。
全文摘要
一種等離子冶金法制備大尺寸剛玉的方法，實(shí)施方式是，在耐火材料坩堝的底部鋪放鋁塊，上部填實(shí)氧化鐵粉，用等離子弧從坩堝上部加熱氧化鐵粉至熔融狀態(tài)并引發(fā)鋁熱反應(yīng)Fe2O3+2Al→Al2O3+2Fe，反應(yīng)熱與等離子弧將反應(yīng)產(chǎn)物加熱至熔融狀態(tài)，鐵液下沉而氧化鋁液上浮，隨后緩慢冷卻凝固結(jié)晶，得到致密的純氧化鋁大尺寸剛玉材料。本發(fā)明方法高效便捷成本低。
文檔編號(hào)C04B35/65GK102627449SQ20121010453
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者李峻野, 李揚(yáng) 申請(qǐng)人:李峻野