CA2/CA6復合耐火材料的制備

段磊 尹雪亮 李鴻飛 王孝峰 陳福洋 孫遜 韓廷全

摘 ?要：為了適應耐火材料低成本的發展要求，以石灰石、鋁土礦粉末為主要原料，采用固相燒結法，經1400-1600 ℃燒結2 h制備了CA2/CA6復合耐火材料，結果表明，在該燒結條件下，當燒結溫度為1600 ℃時，可制得體積密度為2.09 g/cm3、氣孔率為25.6%的CA2/CA6復合耐火材料。

關鍵詞：耐火材料;固相燒結;制備;工藝

中圖分類號：TB332 ? ? 文獻標識碼：A

二鋁酸鈣和六鋁酸鈣是CaO-Al2O3二元系統中的重要化合物[1]。其中，二鋁酸鈣（CA2）熔點較高為1765℃土25℃，熱膨脹系數低，具有相當好的熱震穩定性[2];六鋁酸鈣（CA6）熔點約為1903 ℃，在高溫還原氣氛下具有很好的穩定性，在堿性環境中有足夠的抗侵蝕能力，在含氧化鐵渣中的溶解性較低，同時，CA6與氧化鋁有很好的化學相容性和相近的熱膨脹性[3]。為我們考慮將CA2、CA6按照一定的優化比例復合使用，產生“強強聯合”的“黃金搭檔”效果，制備出“取長補短”性能更加優越的CA2/CA6系列復合耐火材料替代或者部分替代大量應用于耐火材料領域的Al2O3系列耐火材料用量提供了一定的依據[4]。同時，在此需要指出的是，世界范圍內石灰石資源豐富，但生產供耐火材料用高鋁礬土的國家只有圭亞那和中國，其他國家大多鋁礬土含鐵量高，多用于煉鋁和研磨材料，所以，利用石灰石替代部分氧化鋁，可有效降低鋁土礦的用量，減輕耐火材料領域與電解鋁工業之間鋁土礦的原料競爭壓力，又可為延長世界范圍內有限的可供耐火材料生產用高鋁礬土資源壽命方面發揮積極的作用[5]。

1實驗

1.1實驗原料

實驗原料為石灰石粉末、鋁土礦粉末。實驗原料組成如表1所示。

1.2實驗過程

實驗流程如圖1所示，其主體過程說明如下：

1）配料與稱量：按照CA2/CA6復合耐火材料理論成分進行計算、配料與稱量;

2）試樣制備：將稱量后的物料均勻混合與壓制試樣;

3）燒結：將壓制成型的試樣放入高溫爐中經1400-1600 ℃保溫燒結2 h后隨爐冷卻;

4）性能檢測：測定試樣的體積密度、氣孔率。

2 結果與討論

圖2是試樣體積密度和氣孔率隨燒結溫度的變化關系圖，由圖3可知，隨著燒結溫度由1400 ℃升高至1500 ℃、1600 ℃，體積密度不斷增加，由1.51 g/cm3增加至1.87 g/cm3、2.09 g/cm3;而試樣的氣孔率則由45.7%降低至33.4%、25.6%。說明燒結溫度對于試樣致密度的增加以及氣孔率的下降起到了非常積極的作用。由此可見，當燒結溫度為1600 ℃時可制備出體積密度為2.09 g/cm3、氣孔率為25.6%的CA2/CA6復合耐火材料。

3結論

（1）以18% CaO配比計的石灰石礦粉末、82% Al2O3配比計的鋁土礦粉末為原料，經 1600 ℃燒結2 h，可制備出體積密度為2.09 g/cm3、氣孔率為25.6%的CA2/CA6復合耐火材料;

（2）燒結溫度對于CA2/CA6復合耐火材料致密度的增加及氣孔率的下降起到了非常積極的作用。

參考文獻

[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，李亞偉，金勝利.六鋁酸鈣材料的合成及其顯微結構研究[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.

基金項目：遼寧省教育廳資助項目（L2019lkyjc-03）;遼寧科技學院博士啟動基金資助項目（1810B04）;遼寧科技學院大學生創新創業計劃訓練項目（202011430079）;國家級大學生創新創業計劃訓練項目（201911430066）

作者簡介：尹雪亮，男，遼寧科技學院講師。

孫遜，男，鞍山市和豐耐火材料有限公司工程師。