CA2/CA6复合耐火材料的制备

段磊 尹雪亮 李鸿飞 王孝峰 陈福洋 孙逊 韩廷全

摘  要：为了适应耐火材料低成本的发展要求，以石灰石、铝土矿粉末为主要原料，采用固相烧结法，经1400-1600 ℃烧结2 h制备了CA2/CA6复合耐火材料，结果表明，在该烧结条件下，当烧结温度为1600 ℃时，可制得体积密度为2.09 g/cm3、气孔率为25.6%的CA2/CA6复合耐火材料。

关键词：耐火材料;固相烧结;制备;工艺

中图分类号：TB332     文献标识码：A

二铝酸钙和六铝酸钙是CaO-Al2O3二元系统中的重要化合物[1]。其中，二铝酸钙（CA2）熔点较高为1765℃土25℃，热膨胀系数低，具有相当好的热震稳定性[2];六铝酸钙（CA6）熔点约为1903 ℃，在高溫还原气氛下具有很好的稳定性，在碱性环境中有足够的抗侵蚀能力，在含氧化铁渣中的溶解性较低，同时，CA6与氧化铝有很好的化学相容性和相近的热膨胀性[3]。为我们考虑将CA2、CA6按照一定的优化比例复合使用，产生“强强联合”的“黄金搭档”效果，制备出“取长补短”性能更加优越的CA2/CA6系列复合耐火材料替代或者部分替代大量应用于耐火材料领域的Al2O3系列耐火材料用量提供了一定的依据[4]。同时，在此需要指出的是，世界范围内石灰石资源丰富，但生产供耐火材料用高铝矾土的国家只有圭亚那和中国，其他国家大多铝矾土含铁量高，多用于炼铝和研磨材料，所以，利用石灰石替代部分氧化铝，可有效降低铝土矿的用量，减轻耐火材料领域与电解铝工业之间铝土矿的原料竞争压力，又可为延长世界范围内有限的可供耐火材料生产用高铝矾土资源寿命方面发挥积极的作用[5]。

1实验

1.1实验原料

实验原料为石灰石粉末、铝土矿粉末。实验原料组成如表1所示。

1.2实验过程

实验流程如图1所示，其主体过程说明如下：

1）配料与称量：按照CA2/CA6复合耐火材料理论成分进行计算、配料与称量;

2）试样制备：将称量后的物料均匀混合与压制试样;

3）烧结：将压制成型的试样放入高温炉中经1400-1600 ℃保温烧结2 h后随炉冷却;

4）性能检测：测定试样的体积密度、气孔率。

2 结果与讨论

图2是试样体积密度和气孔率随烧结温度的变化关系图，由图3可知，随着烧结温度由1400 ℃升高至1500 ℃、1600 ℃，体积密度不断增加，由1.51 g/cm3增加至1.87 g/cm3、2.09 g/cm3;而试样的气孔率则由45.7%降低至33.4%、25.6%。说明烧结温度对于试样致密度的增加以及气孔率的下降起到了非常积极的作用。由此可见，当烧结温度为1600 ℃时可制备出体积密度为2.09 g/cm3、气孔率为25.6%的CA2/CA6复合耐火材料。

3结论

（1）以18% CaO配比计的石灰石矿粉末、82% Al2O3配比计的铝土矿粉末为原料，经 1600 ℃烧结2 h，可制备出体积密度为2.09 g/cm3、气孔率为25.6%的CA2/CA6复合耐火材料;

（2）烧结温度对于CA2/CA6复合耐火材料致密度的增加及气孔率的下降起到了非常积极的作用。

参考文献

[1]  Hallstedt B.Assesment of the CaO-A12O3 system[J].J.Am.Ceram.Soe.1990，73（1）：15-23.

[2]  Fukuda K，Yamuaehi K.Anisotrpoic thermal expansion in CaA14O7，J.Mater，Res.2002，17（5）：1050-1054.

[3]  Sirch V K，Shamm K K.Low-temperature synthesis of calcium hexaaluminate[J].J Am Ceram Soc，2002，84（4）：769-772.

[4]  李有奇，李亚伟，金胜利.六铝酸钙材料的合成及其显微结构研究[J].耐火材料，2004，38（5）：318-323.

[5]  Bhattacharya T K，Ghosh A，Das S K.Densification of reactive lime from limestone[J].Ceramics Internationa，2001（27）：455-459.

基金项目：辽宁省教育厅资助项目（L2019lkyjc-03）;辽宁科技学院博士启动基金资助项目（1810B04）;辽宁科技学院大学生创新创业计划训练项目（202011430079）;国家级大学生创新创业计划训练项目（201911430066）

作者简介：尹雪亮，男，辽宁科技学院讲师。

孙逊，男，鞍山市和丰耐火材料有限公司工程师。