莫来石/刚玉前驱体、纳米莫来石/刚玉的制备方法

摘要

本发明涉及一种莫来石/刚玉前驱体、纳米莫来石/刚玉的制备方法。该方法是先以铝粉、硅溶胶和盐酸为莫来石/刚玉的起始原料，铜离子为催化剂，采用化学法制备纳米莫来石/刚玉前驱体，再经高温煅烧，即可得到纳米莫来石/刚玉。该发明方法原材料易得、制备工艺较简单、反应易控、无需大型特殊设备，投资少，生产成本较低，产品生产周期短，效率高，纯度高，形貌可控，重复性好，可按需生产，制备的纳米莫来石粒径主要分布在50～150nm之间，具有较好的工业利用前景。

说明书

技术领域

 本发明涉及莫来石/刚玉的制备方法，具体涉及一种莫来石/刚玉的前驱体、微沸法制备纳米莫来石/刚玉的方法。

背景技术

莫来石是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，具有热震稳定性好、抗蠕变性能优异、热膨胀系数低、导热系数低、介电系数低等特点，但是，其硬度和抗侵蚀性能略差；而刚玉具有较高的硬度，抗氧化，抗侵蚀能力，但是其抗热稳定性和抗蠕变性较差。为此，人们采用不同的方法制备出莫来石/刚玉材料，从而获得具有抗热震性好、抗蠕变性好、抗抗侵蚀能力强、强度高的复合材料。目前，已经采用不同的原料制备莫来石/刚玉材料，如刚玉与莫来石为原料，高铝矾土为原料，氧化铝粉与硅粉为原料，氧化铝和铝矾土为原料等。制备方法多为烧结法，很少采用化学法。而化学法制备纳米莫来石/刚玉材料多在溶液中进行，不需要特殊的设备，具有操作简单，纯度高，反应易控等优点。

目前，制备莫来石/刚玉材料有公开号为CN101602605A的专利，公开了一种采用高铝矾土粉料、高岭土粉料、添加剂和粘结剂混匀作为配合料，利用高温烧结方法制备“莫来石/刚玉复相材料的制备方法”；公开号为CN102757244A的专利，公开了一种采用包含板状刚玉、白刚玉、棕刚玉、莫来石、硅线石、锆英石、 α-Al2O3、硅微粉、粘土和结合剂混匀作为配合料，利用烧结方法制备“刚玉莫来石锆质耐火材料及其制备方法”；公开号为CN102674863A的专利，公开了一种采用电熔莫来石、电熔白刚玉、板状刚玉、a-Al2O3微粉、高岭土、活化剂、结合剂组成为混合料，采用烧结法制备“一种1750℃高温刚玉莫来石推板配方及制备工”。以上几种方法都是采用烧结法制备莫来石/刚玉材料，目前尚未见有以化学湿法制备纳米莫来石/刚玉材料的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种以铝粉和硅溶胶为前驱体,采用微沸法制备纳米莫来石/刚玉的方法，该工艺方法操作简单方便、反应易控，设备少，投资小，生产成本低，效率高，所得产品纯度高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种莫来石/刚玉前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）在搅拌的情况下，取铝粉加入0.2～0.6 mol·L^-1稀盐酸溶液中，直至反应溶液由混浊变为澄清无色的氯化铝溶液；

（2）在搅拌的情况下，取一定量蒸馏水加入20～40 wt %的硅溶胶溶液中，搅拌至混匀，制备出浓度为0.05～0.20 mol·L^-1硅溶胶；

（3）在搅拌的情况下，将所述氯化铝溶液缓慢加入微沸（即温度刚刚到沸点临界点）的上步所得硅溶胶中，且使反应溶液中的铝、硅摩尔比为7～9：1，同时按照铜离子摩尔数：铝硅摩尔数之和=0.5～2.0:100的比例加入铜催化剂溶液，反应完全后保温放置12～24h，最后利用红外热源加热烘干，收集干燥物，即得莫来石/刚玉前驱体；所述铜催化剂溶液中铜离子浓度为0.02～0.5 mol·L^-1。

在所述步骤（1）中，稀盐酸过量0.01～0.05mol。

一种纳米莫来石/刚玉的制备方法，包括以下步骤：

（1）按权利要求1或2所述的微沸法制备方法制备出莫来石/刚玉前驱体；

（2）取上步所得莫来石/刚玉前驱体细磨后，再置于电炉加热装置中以5～20℃·min^-1的升温速率加热至1300℃～1400℃煅烧1～6h后，即得纳米莫来石/刚玉。

本发明具有积极有益的效果：

所采用的原料来源广泛，价格低；工艺方法操作简单方便、反应易控，生产安全，设备少，投资小，容易建厂生产；产品生产周期短，效率高，成本低，纯度高，形貌可控，重复性好，可按需生产；制备的纳米莫来石/刚玉的粒径主要分布在50～150nm之间，参见图2。

附图说明

图1为本发明微沸法制备纳米莫来石/刚玉的工艺流程示意图；

图2、图3、图4分别为以本发明方法制备出的不同批次的纳米莫来石/刚玉的SEM图谱。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料及试剂，如无特别说明，均购自常规化学试剂商店。

实施例1一种纳米莫来石/刚玉（铝硅比为7：1）的制备方法，包括以下步骤：

称量2.698克铝粉，然后在搅拌的条件下缓慢放入1500ml 浓度为0.2 mol·L^-1盐酸溶液中，直至完全反应后，将其缓慢加入至286ml 浓度为0.05 mol·L^-1的微沸的硅溶胶中，同时加入铜离子（摩尔浓度为0.02 mol·L^-1）的催化剂溶液6ml，反应完全后保持12h，接着用红外加热烘干，最后将烘干后粉料磨细后放入电炉中加热至1300℃（升温速率为～20℃·min^-1），并保温1.0 h,即可制备出纳米莫来石/刚玉。制备的纳米莫来石/刚玉的SEM见图3，纳米莫来石/刚玉材料的粒径主要分布在50～100nm之间。

实施例2  一种纳米莫来石/刚玉（铝硅比为9：1）的制备方法，包括以下步骤：

称量5.396 克铝粉，然后再搅拌的条件下缓慢放入1000ml 浓度为0.6 mol·L^-1盐酸溶液中，直至完全反应后，将其缓慢加入至37ml 浓度为0.6 mol·L^-1的微沸硅溶胶中，同时加入铜离子（摩尔浓度为0.2 mol·L^-1）的催化剂溶液4.4ml，反应完全后保持24h，接着用红外加热烘干，最后将烘干后细粉磨细后放入电炉中加热至1400℃（升温速率为～5℃·min^-1），并保温6h,即可制备出纳米莫来石/刚玉。制备的纳米莫来石/刚玉的SEM见图4，纳米莫来石/刚玉的粒径主要分布在100～150nm之间。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。