一種針狀莫來石空心球材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種針狀莫來石空心球材料及其制備方法，其配方的重量百分比為：粉煤灰漂珠30～70份、氫氧化鋁70～30份、五氧化二釩2～6份，氟化鋁為1～5份、PVA?6～14份。本發明專利技術的工藝路線簡單，所制備的莫來石空心球導熱系數為0.132～0.241，體積密度為0.46～0.70?g/cm3。以粉煤灰漂珠制備空心球狀莫來石的方法，不僅可以替代正日益枯竭的高嶺土類瓷質原料，還對環境的保護起到了促進作用，既降低了成本，還有效地節約了資源。該制備方法制備的莫來石空心球具有輕質、低熱導等優良性能，有望在催化劑載體、陶瓷膜支撐體、輕質隔熱材料等領域有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種針狀莫來石空心球材料及其制備方法
本專利技術屬無機非金屬材料（陶瓷）領域，具體涉及一種針狀莫來石空心球材料及其制備方法。
技術介紹
莫來石（Mullite）材料因其具有低的熱膨脹系數、高的抗蠕變性能、高的耐磨特性、抗化學腐蝕性強、在低溫和高溫環境強度大等一系列優異性能，在電子、電力、陶瓷、航空航天和光學領域有著極大的應用前景。具有針狀或纖維狀顯微結構的空心球狀形貌的莫來石材料，因其擁有球殼內外疏松和較多的孔隙，加之其具有的較大比表面積，一定的抗壓強度，可以在一些條件苛刻的催化劑載體上以及過濾陶瓷膜支撐體上獲得青睞和重視。粉煤灰是一類主要含有SiO2、Al2O3的硅鋁酸鹽及其玻璃體的固體粉狀廢棄物，利用其含有較多的硅源復合含有鋁源的礦物可以制備出Mullite及其一些復合材料。一方面可以利用粉煤灰替代日益枯竭的高嶺、瓷石類自然資源，降低原材料的生產成本；另一方面對固體廢棄物的再生利用賦予了粉煤灰的高附加值，對環境起到了一定的保護作用。而粉煤灰主要由具有大量球形顆粒的漂珠、沉珠、富鐵微珠以及一些不定形顆粒和碳素組成。本專利技術選用粉煤灰中的漂珠為原料引進硅源、工業氫氧化鋁引進鋁源通過固相反應生成莫來石材料，并維持其內部呈空心狀形貌的球形顆粒，這類球形顆粒的莫來石材料可以作為陶瓷過濾膜中的支撐體以及催化劑的載體材料，賦予其更大的水通量和高的催化效率，還可以作為顆粒彌散增強材料應用在結構陶瓷和功能陶瓷中。粉煤灰因其來源廣泛，價格低廉，利用其組成中含有的大量空心漂珠合成莫來石材料，實現了廢棄物充分再利用的理念。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種制備工藝簡單、成本低廉、性能優異的針狀莫來石空心球材料及其制備方法。一種針狀莫來石空心球材料，其特征在于：采用工業廢渣為主要原料，其物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠30～70%、氫氧化鋁30～70%，外加五氧化二釩2～6%、氟化鋁為1～5%、PVA6～14%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%。所述針狀莫來石空心球材料的物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠40%、氫氧化鋁60%，外加五氧化二釩4%、氟化鋁為3%、PVA10%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%。上述粉煤灰漂珠的密度為：0.35～0.45g/cm3、粒徑為120～160目。上述針狀莫來石空心球材料的制備方法，其特征在于依照以下步驟：（1）按物料配方的重量百分比組成稱取氫氧化鋁、五氧化二釩、氟化鋁經混合得到均勻粉體；（2）按物料配方的重量百分比組成，將丙乙烯酰胺、甲基甲酰胺、聚丙烯酸鈉配置成均勻溶液；（3）在步驟（2）所得均勻溶液中按物料配方的重量百分比組成添加PVA，并攪拌得到均勻溶液；（4）在步驟（3）所得均勻溶液中添加步驟（1）所得的均勻粉體并攪拌均勻得到混合泥漿；（5）按物料配方的重量百分比組成稱取粉煤灰漂珠，采用浸漬法將粉煤灰漂珠浸漬在步驟（4）所得的混合泥漿中獲得前驅體坯體；（6）將步驟（5）獲得前驅體坯體在80℃干燥2小時后進行高溫燒制獲得針狀莫來石空心球材料制品。所述步驟（6）中的高溫燒制制度為：從80℃升溫至1000～1300℃，并在最高溫度保溫2小時。所述步驟（6）獲得莫來石空心球材料制品的體積密度為0.42～0.70g/cm3、導熱系數為0.130～0.245W/(m·K)。本專利技術的有益效果在于：（1）由于本專利技術的方法是以來源廣泛的發電廠粉煤灰漂珠、工業氫氧化鋁為主要基材，采用固相反應直接合成具有空心球狀的莫來石針狀或纖維狀材料，以發電廠粉煤灰漂珠作為硅源引入，既降低了原材料的成本，價格低廉，也找到了高嶺瓷石類原料的替換品，更有利于環境的保護。且制備的針狀或纖維狀莫來石構成的骨架呈空心球狀、低比重、質輕、低熱導等特點，有望應用在隔熱、吸聲、高溫防護、基體增強、陶瓷支撐體等材料領域；（2）本專利技術通過大量對比篩選，篩選獲得合適的基材及添加劑，所制備的莫來石空心球材料具有高強度、低導熱及低體積密度的優點；（3）本專利技術通過大量對比篩選，優化其配方配比，所制備的莫來石空心球材料具有高強度、低導熱及低體積密度的優點。附圖說明附圖1是本專利技術實施例3所制莫來石空心球的X射線衍射圖譜；附圖2是本專利技術實施例3所制莫來石空心球在200倍下的掃描電鏡照片；附圖3是本專利技術實施例3所制莫來石空心球在1000倍下的掃描電鏡照片；附圖4是本專利技術實施例3所制莫來石空心球在2000倍下的掃描電鏡照片。具體實施方式實施例1針狀莫來石空心球材料其物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠30%、氫氧化鋁70%，外加五氧化二釩6%、氟化鋁為1%、PVA6%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%；所述粉煤灰漂珠的密度為：0.38g/cm3、粒徑為130目。所述針狀莫來石空心球材料的制備方法為：（1）按物料配方的重量百分比組成稱取氫氧化鋁、五氧化二釩、氟化鋁經混合得到均勻粉體；（2）按物料配方的重量百分比組成，將丙乙烯酰胺、甲基甲酰胺、聚丙烯酸鈉配置成均勻溶液；（3）在步驟（2）所得均勻溶液中按物料配方的重量百分比組成添加PVA，并攪拌得到均勻溶液；（4）在步驟（3）所得均勻溶液中添加步驟（1）所得的均勻粉體并攪拌均勻得到混合泥漿；（5）按物料配方的重量百分比組成稱取粉煤灰漂珠，采用浸漬法將粉煤灰漂珠浸漬在步驟（4）所得的混合泥漿中獲得前驅體坯體；（6）將步驟（5）獲得前驅體坯體在80℃干燥2小時后進行高溫燒制獲得針狀莫來石空心球材料制品。所述步驟（6）中的高溫燒制制度為：從80℃升溫至1280℃，并在最高溫度保溫2小時。所述步驟（6）獲得針狀莫來石空心球材料制品的體積密度為0.70g/cm3、導熱系數為0.241W/(m·K)。實施例2針狀莫來石空心球材料其物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠40%、氫氧化鋁60%，外加五氧化二釩5%、氟化鋁為2%、PVA8%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%；所述粉煤灰漂珠的密度為：0.40g/cm3、粒徑為140目。所述針狀莫來石空心球材料的制備方法為：（1）按物料配方的重量百分比組成稱取氫氧化鋁、五氧化二釩、氟化鋁經混合得到均勻粉體；（2）按物料配方的重量百分比組成，將丙乙烯酰胺、甲基甲酰胺、聚丙烯酸鈉配置成均勻溶液；（3）在步驟（2）所得均勻溶液中按物料配方的重量百分比組成添加PVA，并攪拌得到均勻溶液；（4）在步驟（3）所得均勻溶液中添加步驟（1）所得的均勻粉體并攪拌均勻得到混合泥漿；（5）按物料配方的重量百分比組成稱取粉煤灰漂珠，采用浸漬法將粉煤灰漂珠浸漬在步驟（4）所得的混合泥漿中獲得前驅體坯體；（6）將步驟（5）獲得前驅體坯體在80℃干燥2小時后進行高溫燒制獲得針狀莫來石空心球材料制品。所述步驟（6）中的高溫燒制制度為：從80℃升溫至1220℃，并在最高溫度保溫2小時。所述步驟（6）獲得針狀莫來石空心球材料制品的體積密度為0.61g/cm3、導熱系數為0.153W/(m·K)。實施例3針狀莫來石空心球材料其物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠50%、氫氧化鋁50%，外加五氧化二釩4%、氟化鋁為3%、PVA10%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種針狀莫來石空心球材料，其特征在于：采用工業廢渣為主要原料，其物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠30～70%、氫氧化鋁30～70%，外加五氧化二釩2～6%、氟化鋁為1～5%、PVA?6～14%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%。

【技術特征摘要】
1.一種針狀莫來石空心球材料，其特征在于：采用工業廢渣為主要原料，其物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠30～70%、氫氧化鋁30～70%，外加五氧化二釩2～6%、氟化鋁為1～5%、PVA6～14%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%。2.根據權利要求1所述的針狀莫來石空心球材料，其特征在于：所述莫來石空心球材料的物料配方的重量百分比組成為：粉煤灰漂珠40%、氫氧化鋁60%，外加五氧化二釩4%、氟化鋁為3%、PVA10%、丙乙烯酰胺0.4%、甲基甲酰胺0.04%、聚丙烯酸鈉0.3%。3.根據權利要求1或2所述的針狀莫來石空心球材料，其特征在于：所述粉煤灰漂珠的密度為：0.35～0.45g/cm3、粒徑為120～160目。4.根據權利要求1或2所述針狀莫來石空心球材料的制備方法，其特征在于依照以下步驟：（1）按物料配方的重量百分比組成稱取氫氧化鋁、五氧化二釩、氟化鋁經混合得到均勻粉體；（2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧幸勇，胡其國，董偉霞，羅婷，
申請(專利權)人：景德鎮陶瓷大學，
類型：發明
國別省市：江西,36