β制造技术

本发明专利技术公开了一种β

【技术实现步骤摘要】
β
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Sialon
‑
AlN
‑
TiC复合陶瓷材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及复合陶瓷材料及制备，具体涉及一种β
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Sialon
‑
AlN
‑
TiC复合陶瓷材料及制备方法。

技术介绍

[0002]含钛高炉渣、铁尾矿及赤泥是典型的大宗固体废弃物，一直以来是国内外相关学者研究的重点。由于这三种固体废弃物本身组成和使用特性的局限，其资源化利用率较低，未能利用的大部分含钛高炉渣、铁尾矿及赤泥主要以堆积处理，这既占用了大量土地资源，严重危害了生态环境，同时还造成严重的二次资源浪费。
[0003]Sialon陶瓷是70年代后迅速发展起来的一类高温结构材料，被认为是很有潜力的高性能陶瓷材料之一，以其独特的高温综合性能，被用作高品质精细结构陶瓷和先进耐火材料。Sialon主要由α
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、β
’
、Ο
’
、X相等组成。β
’‑
Sialon是在β
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Si3N4中固溶了部分AlN、Al2O3形成的固溶体，目前国内外多以纯氮化物和氧化物为原料，通过反应烧结法，制备单相β
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Sialon及β
’‑
Sialon基复相材料。该法生产成本较高，工艺繁琐，不适合工业生产。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种β
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Sialon
>‑
AlN
‑
TiC复合陶瓷材料，解决现有材料的原料成本高，高温强度和化学稳定性不足的问题。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种β
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Sialon
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AlN
‑
TiC复合陶瓷材料，解决现有制备方法复杂，制备需要的温度高的问题。
[0006]技术方案：本专利技术所述的β
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Sialon
‑
AlN
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TiC复合陶瓷材料，β
’‑
Sialon的分子式为Si6‑
z
Al
z
O
z
N8‑
z
，0＜z＜4.2，其原料以质量分数计包括以下组分：
[0007]含钛高炉渣17.21
‑
32.28％，铁尾矿22.47
‑
28.35％，赤泥19.43
‑
35.82％，还原剂18.2
‑
33.87％。
[0008]优选的是，所述含钛高炉渣中SiO2含量为23～27％，TiO2含量为22～25％，Al2O3含量为12～15％。
[0009]所述铁尾矿中SiO2含量为43～47％，CaO含量为20～23％。
[0010]所述赤泥中Al2O3含量为24～28％，SiO2含量为30～35％。
[0011]所述还原剂包括碳粉、焦粉、烟煤和无烟煤中的至少一种，还原剂中C含量≥70％。
[0012]本专利技术所述的β
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Sialon
‑
AlN
‑
TiC复合陶瓷材料，包括以下步骤：
[0013](1)对块状含钛高炉渣进行破碎；
[0014](2)对破碎后的含钛高炉渣、赤泥和铁尾矿进行球磨，球磨结束后干燥和筛分；
[0015](3)将处理得到的含钛高炉渣、赤泥和铁尾矿和还原剂，混合均匀，进行冷压成型，脱膜后干燥得到坯料；
[0016](4)将胚料置于可控高温炉，在氮气保护下加热进行碳热还原氮化得到β
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Sialon
‑
AlN
‑
TiC复合粉体；
[0017](5)将得到的β
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Sialon
‑
AlN
‑
TiC复合粉体置于热处理炉在空气气氛中烧去残碳，得到最终的β
’‑
Sialon
‑
AlN
‑
TiC复合陶瓷材料。
[0018]其中，所述步骤(2)中球磨时间为3
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6h，球磨时球固的质量比为10:1
‑
30:1，球磨速率为300
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500r/min，球磨料在100
‑
120℃，干燥2
‑
4h。
[0019]所述步骤(3)中冷压成型的压力10
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40MPa，保压2
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4min，将压块坯料在100
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120℃干燥箱中干燥2
‑
4h。
[0020]所述步骤(4)中坯料放入刚玉坩埚中，在氮气气氛下用可控高温炉加热，升温速率为3～5℃/min，氮气流量为80～150mL/min，保温时间为4
‑
8h，烧结温度为1250～1350℃。升温速率的设定有利于炉体安全，氮气流量的设定保证碳热还原氮化效果，保温时间和烧结温度范围设定有利于反应合成β
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Sialon
‑
AlN
‑
TiC。
[0021]所述步骤(5)中在650～800℃的马弗炉中保温3
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5h以去除粉体中的剩碳。
[0022]技术原理：本专利技术主要利用含钛高炉渣、铁尾矿和赤泥中的铝、硅、钛、氧等元素，采用碳热还原氮化法生产Sialon基复相陶瓷材料。主要反应如下：
[0023]Al2O3+3C+N2→
2AlN+3CO
[0024]3SiO2+6C+2N2→
Si3N4+6CO
[0025]Si3N4+AlN+Al2O3→
β
’‑
Sialon
[0026]SiO2+3C
→
SiC+2CO
[0027]TiO2+3C
→
TiC+2CO
[0028]本专利技术原料中的钙、铁等元素，以金属氧化物的形式作为添加剂，能降低液相生成温度，促进Sialon陶瓷材料生成，并在烧结后期以金属离子的形式进入Sialon结构中，减少材料中晶界玻璃相的含量，改善材料的高温性能。而含钛高炉渣、铁尾矿和赤泥中的TiO2作为一种助烧结剂，可进一步降低体系的共晶温度，有利于早期液相生成。并随着碳热还原氮化反应的进行，TiO2被还原为TiC相。由于TiC相不仅具有良好的导电性，还具有高熔点和高硬度，且与Sialon之间的化学性质相容，既能充当导电相，又能作为弥散颗粒起增强增韧的作用。
[0029]有益效果：本专利技术所用原料来自于冶金固体废弃物，成本低廉、产量较大，对其利用既缓解了固体废弃物对环境的污染，又实现了固废功能化和资源化利用，且原料处理工艺简单；本专利技术以含钛高炉渣、铁尾矿和赤泥为主要原料，制备β
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Sialon
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种β
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Sialon
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AlN
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TiC复合陶瓷材料，其特征在于，β
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Sialon的分子式为Si6‑
z
Al
z
O
z
N8‑
z
，0＜z＜4.2，其原料以质量分数计包括以下组分：含钛高炉渣17.21
‑
32.28％，铁尾矿22.47
‑
28.35％，赤泥19.43
‑
35.82％，还原剂18.2
‑
33.87％。2.根据权利要求1所述的β
’‑
Sialon
‑
AlN
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TiC复合陶瓷材料，其特征在于，所述含钛高炉渣中SiO2含量为23～27％，TiO2含量为22～25％，Al2O3含量为12～15％。3.根据权利要求1所述的β
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Sialon
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AlN
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TiC复合陶瓷材料，其特征在于，所述铁尾矿中SiO2含量为43～47％，CaO含量为20～23％。4.根据权利要求1所述的β
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Sialon
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AlN
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TiC复合陶瓷材料，其特征在于，所述赤泥中Al2O3含量为24～28％，SiO2含量为30～35％。5.根据权利要求1所述的β
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Sialon
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AlN
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TiC复合陶瓷材料，其特征在于，所述还原剂包括碳粉、焦粉、烟煤和无烟煤中的至少一种，还原剂中C含量≥70％。6.如权利要求1
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5任一项所述的β
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Sialon
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AlN
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TiC复合陶瓷材料，其特征在于，包括以下步骤：(1)对块状含钛高炉渣进行破碎；(2)对破碎后的含钛高炉渣、赤泥和铁尾矿进行球磨，球磨结束后干燥和筛分；(3)将处理得到的含钛高炉渣、赤泥和铁尾矿和还原剂混合均匀，进行冷压成型，脱膜后干燥得到坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱家用，余水，陈佳凤，陶雨倩，朱开琦，祁德兴，白妮，居殿春，赵东昇，曹雪辰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：