一種鐵鋁尖晶石的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鐵鋁尖晶石的制備方法，該方法包括如下步驟：將Al∶Fe2O3按照質量比18～21∶79～82混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊；將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在2～10MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應，反應結束得到完全分離的陶瓷塊體和金屬固體，其中陶瓷塊體為鐵鋁尖晶石。將燃燒合成技術與氣壓輔助技術相結合，在高溫鋁熱反應過程中施加氣壓促進了金屬與陶瓷產物的分離，合成的鐵鋁尖晶石具有純度高、輻射率高的特點，且該制備工藝具有制備周期短、生產成本低的特點。本發(fā)明的方法，對于快速、低成本制備高純度、高輻射率的鐵鋁尖晶石具有重要意義。
【專利說明】
一種鐵鋁尖晶石的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及紅外陶瓷材料技術領域，具體涉及一種鐵鋁尖晶石的制備方法。
【背景技術】
[0002]紅外輻射陶瓷材料是指在紅外波段具有高輻射率或特征輻射率的陶瓷材料。由于該材料能夠強化高溫下(800°C以上)的輻射傳熱，以高紅外輻射陶瓷材料為基礎的紅外節(jié)能產品已成功應用于隧道窯、石油加熱爐、玻璃窯等工業(yè)窯爐，并取得了良好的節(jié)能效果。這類產品在使用過程中還能起到保護基體材料、延長基體使用壽命的作用。此外，紅外輻射陶瓷還可以用作航天飛行器表面的散熱材料、紅外理療的醫(yī)療保健材料、建筑裝潢的涂層材料等多個方面。
[0003]目前紅外輻射率陶瓷材料的研究，主要集中于堇青石、尖晶石、鈣鈦礦、磁鉛礦等體系。其中，尖晶石型晶體屬于立方晶系，化學分子式為AB2O4,其中A代表二價金屬離子;B代表三價金屬離子。尖晶石結構材料在高溫下具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和高輻射率特性，在工業(yè)爐節(jié)能、紅外加熱器等方面已獲得應用。
【申請人】研究發(fā)現鐵鋁尖晶石(FeAl2O4)在近紅外區(qū)域具有極高且穩(wěn)定的輻射率，是一種理想的紅外輻射陶瓷材料。
[0004]合成鐵鋁尖晶石需要在FeO能夠穩(wěn)定存在的條件下才能進行，即需要一種弱還原性氣氛和相對較低的溫度。當下鐵鋁尖晶石合成通常采用乳鋼皮與氧化鋁為原料，通過燒結法和電容法進行合成，人工合成的方式難以控制氧分壓來使二價Fe2+保持穩(wěn)定，所以難以獲得純凈鐵鋁尖晶石材料，更難以大規(guī)模工業(yè)化生產。燃燒合成技術具有工藝簡單、反應迅速、制備溫度高等特點，適用于多種高熔點無機材料的制備。雖然通過燃燒合成的方法能夠獲得FeAl2O4，但得到的產物雜質較多，特別是金屬雜質，進而影響其輻射性能。
[0005]因此，需要提供一種鐵鋁尖晶石的制備方法，該方法制備的鐵鋁尖晶石，純度高、雜質少，且該方法反應迅速、工藝簡單、生產成本低。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的第一個技術問題在于提供一種鐵鋁尖晶石的制備方法。該方法制備的鐵鋁尖晶石，純度高、雜質少，且該方法反應迅速、工藝簡單、生產成本低。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0008]—種鋁尖晶石的制備方法，包括如下步驟:
[0009]將AKFe2O3按照質量比18?21:79?82混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊;將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在2?1MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應，反應結束得到完全分離的陶瓷塊體和金屬固體，其中陶瓷塊體為鐵招尖晶石。
[0010]在一個實施方式中，采用螺旋鎢絲通電發(fā)熱誘發(fā)鋁熱劑預制塊中原料之間發(fā)生高溫招熱反應。
[0011]在一個實施方式中，將Al:Fe2O3按照質量比18:82混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊。
[0012]在一個實施方式中，將Al:Fe2O3按照質量比21:79混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊。
[0013]在一個實施方式中，將Al:Fe2O3按照質量比20:80混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊。
[0014]在一個實施方式中，將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在2MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應。
[0015]在一個實施方式中，將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在1MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應。
[0016]在一個實施方式中，將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在5MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應。
[0017]所述惰性氣體選自氮氣、氦氣、氬氣和氖氣中的一種或多種。
[0018]本發(fā)明以Al-Fe2O3為反應體系，在氣壓輔助的條件下誘發(fā)原料之間發(fā)生高溫鋁熱反應。由于氣壓輔助的作用，鋁熱反應的產物陶瓷熔體與金屬熔體實現良好的分離，得到金屬和陶瓷塊體，其中陶瓷塊體為鐵鋁尖晶石。
[0019]本發(fā)明的在氣壓輔助條件下燃燒合成制備的鐵鋁尖晶石，在250-2500nm紫外-可見-近紅外光的波段測試中，保持了92%以上的輻射率。同時在雙波段紅外測試儀(IR-2)上檢測，1-22μπι波段、8-14μπι波段、3-5μπι波段的輻射率均在90%以上。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
[0021]將傳統(tǒng)的燃燒合成技術與氣壓輔助技術相結合，在高溫鋁熱反應過程中施加氣壓促進了金屬與陶瓷產物的分離，合成的鐵鋁尖晶石具有純度高、輻射率高的特點，且該制備工藝具有制備周期短、生產成本低的特點。
[0022]本發(fā)明的方法，對于快速、低成本制備高純度、高輻射率的鐵鋁尖晶石具有重要意義。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0024]圖1示出本發(fā)明實施例1的陶瓷塊體的末XRD圖譜
[0025]圖2示出本發(fā)明實施例2的鐵鋁尖晶石的輻射率曲線。
【具體實施方式】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0027]實施例1:制備鐵鋁尖晶石
[0028]將Al=Fe2O3按照20:80的質量比混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊，將所得到的鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在2MPa的氮氣壓力之下，利用螺旋鎢絲通電發(fā)熱誘發(fā)鋁熱劑預制塊中原料之間的高溫鋁熱反應。反應結束得到完全分離的陶瓷塊體和金屬固體，其中陶瓷塊體為鐵鋁尖晶石。
[0029]對所得到的鐵鋁尖晶石破碎后進行XRD測試(如圖1所示)，再將粉末樣品重新壓片，通過雙波段紅外測試儀(IR-2)進行紅外輻射率(吸收率)測試以及紫外-可見-近紅外分光光度計輻射率(吸收率)測試。測試結果表明:陶瓷塊體為FeAl2O4,無其他雜質存在;其在
0.2-2.5μπι波段的輻射率大于90% ;在l-22μm波段的輻射率為91.5%,8_14μπι波段輻射率為93.7%, 3-5μπι波段的輻射率為92.3 %。
[0030]實施例2:制備鐵招尖晶石
[0031]將Al=Fe2O3按照18:82的質量比混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊，將所得到的鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在5MPa的氮氣壓力之下，利用螺旋鎢絲通電發(fā)熱誘發(fā)鋁熱劑預制塊中原料之間發(fā)生高溫鋁熱反應。反應結束得到完全分離的陶瓷塊體和金屬固體，其中陶瓷塊體為鐵鋁尖晶石。
[0032]對所得到的鐵鋁尖晶石破碎后進行XRD測試，再將粉末樣品重新壓片，進行(IR-2)紅外輻射率(吸收率)測試以及紫外-可見-近紅外分光光度計輻射率(吸收率)測試(如圖2所示)。測試結果表明:陶瓷塊體為FeAl2O4，無其他雜質存在;其在0.2-2.5μπι波段的輻射率大于90% ;在1-22μπι波段的輻射率為91.1%，8-14μπι波段輻射率為93.1%，3-5μπι波段的輻射率為91.6%。
[0033]實施例3:制備鐵鋁尖晶石
[0034]將Al=Fe2O3按照19:81的質量比混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊，將所得到的鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在1MPa的氮氣壓力之下，利用螺旋鎢絲通電發(fā)熱誘發(fā)鋁熱劑預制塊中原料之間發(fā)生高溫鋁熱反應。反應結束得到完全分離的陶瓷塊體和金屬固體，其中陶瓷塊體為鐵鋁尖晶石。
[0035]對所得到的鐵鋁尖晶石破碎后進行XRD測試，再將粉末樣品重新壓片，進行(IR-2)紅外輻射率(吸收率)測試以及紫外-可見-紅外分光光度計輻射率(吸收率)測試。測試結果表明:陶瓷塊體為FeAl2O4,無其他雜質存在;其在0.2-2.5μπι波段的輻射率大于90 % ;在1_22μπι波段的輻射率為91.5%，8-14μm波段輻射率為92.6%，3_5μπι波段的輻射率為91.2%。
[0036]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【主權項】
1.一種鋁尖晶石的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將Al:Fe203按照質量比18?21:79?82混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊;將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在2?1MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應，反應結束得到完全分離的陶瓷塊體和金屬固體，其中陶瓷塊體為鐵招尖晶石O2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，采用螺旋鎢絲通電發(fā)熱誘發(fā)鋁熱劑預制塊中原料之間發(fā)生高溫鋁熱反應。3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將Al:Fe2O3按照質量比18:82混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊。4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將Al:Fe203按照質量比21: 79混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊。5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將Al:Fe203按照質量比20: 80混合均勻并壓坯，得到鋁熱劑預制塊。6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在2MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應。7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在1MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應。8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，將所述鋁熱劑預制塊置于氣壓輔助燃燒合成設備中，在5MPa的惰性氣體壓力之下，誘發(fā)鋁熱劑預制塊的高溫鋁熱反應。9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體選自氮氣、氦氣、氬氣和氖氣中的一種或多種。
【文檔編號】C04B35/44GK105948730SQ201610273780
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】李江濤, 劉家希, 賀剛, 李永
【申請人】中國科學院理化技術研究所