1.本發(fā)明涉及材料領域，涉及一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料及其制備方法。

背景技術：

2.莫來石(aluminum silicate，簡寫為a3s2)，又稱莫乃石、藍晶石、富鋁紅柱石、硅線石，是一系列由鋁硅酸鹽組成的礦物統(tǒng)稱，化學式：3al2o3·

2sio2，其結構呈鏈狀排列，晶體是沿c軸延伸的長柱狀，針狀，屬斜方晶系。具有較高的耐火度1800℃(1810℃分解為剛玉和液相)和高溫下對酸性渣良好的抗侵蝕性。莫來石是一種優(yōu)質的耐火材料，具有膨脹均勻、抗熱震性好、耐高溫荷重性好、抗蠕變性能好、硬度大、抗化學腐蝕性好、耐磨性好、抗剝落性好等特點。

3.尖晶石(spinel)，意思是有尖角的結晶體，其是鎂鋁氧化物組成的礦物，其化學式為mgo.al2o3(縮寫為ma)，其熔點為2135℃。

4.近年來，人們對應用在高溫冶金、水泥、玻璃和鋼鐵工業(yè)的莫來石(3a12o3·

2sio2)和鎂鋁尖晶石(ma)的單一材料或復合材料的發(fā)展產(chǎn)生了濃厚的興趣。這是由于這兩種材料具有優(yōu)越的性能，尤其是它們的高熔點(莫來石和鎂鋁尖晶石的熔點分別為1819℃和 2135℃)，較低的熱膨脹性、高的抗熱震性和抗熔渣的侵蝕性。鎂鋁尖晶石(ma)屬立方晶系，莫來石屬斜方晶系，兩者的熱膨脹和彈性模量存在差異(尖晶石的熱膨脹系數(shù)為 8.9

×

10

?6/k，莫來石的熱膨脹系數(shù)為5.3

×

10

?6/k，)，因此，在尖晶石材料中加入莫來石可以起到復相增韌作用。

5.目前，復合尖晶石莫來石耐火原料的制備方法是將尖晶石添加到莫來石中，莫來石和鎂鋁尖晶石的比例對應為100：0、80：20、60：40、50：50、40：60、20：80和0： 100，隨著尖晶石含量的增加和莫來石的減少，莫來石

?

尖晶石復合材料的耐火性能得到了明顯改善，具有好的體積穩(wěn)定性(永久線變化＜

?

0.8％)、高耐火性(＞1700℃)、高抗熱震性(1000℃至室溫空氣冷沒有任何裂紋，熱震次數(shù)大于100次)，并且具有高的荷重軟化溫度(1560

?

1680℃)。

6.上述復合材料雖然耐火性能提高，但是在抗鋰離子腐蝕方面性能依然較差，可從采用該材料的匣缽使用壽命上得到反映。

技術實現(xiàn)要素：

7.為了改善現(xiàn)有采用尖晶石和莫來石顆粒及粉體制備的匣缽的抗鋰離子腐蝕性能，本技術提供了一種新的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料及其制備方法。

8.第一方面，本技術提供一種新的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，采用如下的技術方案：

9.一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉 9

?

25份、工業(yè)氧化鋁50

?

100份和石英粉8

?

20份。

10.優(yōu)選的，所述原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉9

?

21份、工業(yè)氧化鋁70

?

80份

和石英粉8

?

20份。

11.進一步優(yōu)選，所述原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉12

?

21份、工業(yè)氧化鋁70

?

80 份和石英粉8.4

?

18份。

12.最佳優(yōu)選，所述原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉15

?

21份、工業(yè)氧化鋁70

?

75 份和石英粉8.4

?

16份。

13.上述復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料原料中：

14.所述輕燒鎂粉中mgo≥95％，sio2≤1.2％，cao≤0.8％，燒矢量≤3％；

15.所述工業(yè)氧化鋁中al2o3＞98％，na2o＜0.5％；

16.所述石英粉中sio2＞99％，fe2o3＜0.03％。

17.優(yōu)選地，

18.輕燒鎂粉的粒徑為200目；

19.氧化鋁的粒徑為200目；

20.石英粉的粒徑為200目。

21.第二方面，本技術提供一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料的制備方法：

22.一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料的制備方法，包括以下步驟：按照配比稱取各成分，混勻，加入礦熱爐，在2200

?

2500℃電弧加熱熔融5

?

15分鐘，然后傾斜礦熱爐倒入水槽中快速冷卻，撈出干燥。

23.方法中；由氧化鎂和氧化鋁反應生成尖晶石過程中產(chǎn)生的6.9％而導致的燒結不致密及燒結過程中低溫共熔而生成的堇青石相，及在1460℃后堇青石分解而產(chǎn)生的鎂橄欖石相(膨脹系數(shù)很大)等問題，電熔方法可以避免。

24.水冷法快速冷卻，是熔融的成分遇水爆裂形成顆粒，同時確保尖晶石和莫來石組分分布均勻，防止尖晶石和莫來石晶粒長大，確保微晶結構。尖晶石熔點2135℃，莫來石 1860℃，采用自然冷卻時，尖晶石先析出，隨著尖晶石的不斷析出，晶粒不斷長大，然后才析出莫來石，容易產(chǎn)生分相，從而造成組分不均勻。

25.第三方面，本技術提供了上述復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料在制備匣缽中的應用。復合陶瓷耐火材料可以根據(jù)需要粉碎成不同粒徑。

26.綜上所述，本技術具有以下有益效果：

27.1、現(xiàn)有用尖晶石和莫來石做原料制備的復合耐火材料匣缽，在鋰電池正極材料燒結過程中抗腐蝕性差，本技術通過改變原料，并限定原料中各成分的用量，最終提供的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料中不僅保持了原耐火性和抗熱震性能，且增強了抗鋰離子耐腐蝕性能。

28.2、通過化學熱力學和化學反應動力對本技術提供的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料進行抗腐蝕反應性能考察，采用復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料及電熔尖晶石陶瓷耐火材料和莫來石陶瓷耐火材料與高鎳lncm電池正極材料(811生料)化學反應來測試抗腐蝕能力，主要通過樣品尺寸變化來確定陶瓷耐火材料抗鋰離子腐蝕性能。結果顯示：復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料的抗腐蝕性能介于電熔尖晶石陶瓷耐火材料和電熔莫來石陶瓷耐火材料之間，尖晶石比例越高，抗鋰離子腐蝕性能越好。

具體實施方式

29.以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

30.原料來源：

31.輕燒鎂粉，購自營口鑫垚鎂業(yè)有限公司；

32.工業(yè)氧化鋁粉，購自中鋁中州鋁業(yè)有限公司；

33.高純石英粉，購自江蘇潤弛太陽能材料科技有限公司；

34.莫來石，購自河南特耐工程材料股份有限公司；

35.尖晶石，購自河南特耐工程材料股份有限公司，批號為am

?

70。

36.實施例1：一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料

37.1、原料：輕燒鎂粉、工業(yè)氧化鋁粉與高純石英粉重量比為15：70：14，各成分的粒徑為200目。(重量單位是kg、g或mg)。

38.2、制備方法

39.1)按照配比稱取工業(yè)氧化鋁粉、輕燒鎂粉與高純石英粉，預混，攪拌時間為30分鐘；

40.2)把預混好的粉體加入礦熱爐中采用電弧加熱融化，最后融化溫度為2500℃，熔融后再繼續(xù)加熱熔煉10分鐘；

41.3)把熔體導入帶循環(huán)水冷卻304不銹鋼鋼槽中，循環(huán)水直接沖進擊礦熱爐倒入的熔體，使之快速冷卻，同時部分顆?；?遇水爆裂形成顆粒)；

42.4)熔體倒入結束后，循環(huán)冷卻水繼續(xù)冷去15分鐘，把不銹鋼槽吊出，尖晶石

?

莫來石顆粒瀝干送入干燥窯干燥。

43.尖晶石莫來石復合耐火材料可以根據(jù)需要進行粉碎，如破碎機破碎，破碎后分選出 0～1mm顆粒，1～2mm顆粒，其中部分0～1mm顆粒拿出研磨成320目粉料。

44.其中尖晶石和莫來石的晶相比例為50：50。

45.實施例2：一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料

46.同實施例1，區(qū)別在于，原料：輕燒鎂粉工、業(yè)氧化鋁粉與高純石英粉重量比為9： 71.4：19.6。

47.其中尖晶石和莫來石的晶相比例為30：70。

48.實施例3：一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料

49.同實施例1，區(qū)別在于，原料：輕燒鎂粉、工業(yè)氧化鋁粉與高純石英粉重量比為21： 70.6：8.4。

50.其中尖晶石和莫來石的晶相比例為70：30。

51.實施例4：一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料

52.同實施例1，區(qū)別在于，原料：輕燒鎂粉、工業(yè)氧化鋁粉與高純石英粉重量比為18： 70：12。

53.其中尖晶石和莫來石的晶相比例為60：40。

54.實施例5：一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料

55.同實施例1，區(qū)別在于，原料：輕燒鎂粉、工業(yè)氧化鋁粉與高純石英粉重量比為12： 70：18。

56.其中尖晶石和莫來石的晶相比例為40：60。

57.實施例6：一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料

58.同實施例1，區(qū)別在于制備方法中，電熔加熱溫度為2400℃。

59.對比例1：直接采用電熔尖晶石耐火原料和電熔莫來石耐火原料直接按比例混合

60.制備得到的尖晶石和莫來石的配比同實施例1，原料是尖晶石：莫來石為50：50。

61.對比例2：直接采用電熔尖晶石耐火和電熔莫來石耐火原料直接按比例混合

62.制備得到的尖晶石和莫來石的配比同實施例2，原料是尖晶石：莫來石為30：70。

63.對比例3：直接采用電熔尖晶石耐火和電熔莫來石耐火原料直接按比例混合

64.制備得到的尖晶石和莫來石的配比同實施例3，原料是尖晶石：莫來石為70：30。

65.實驗例1：耐火性能和耐腐蝕性測試

66.1、樣品，見實施例1

?

5、對比例1、對比例2、對比例3、對比例4(單獨使用尖晶石) 和對比例5(單獨使用莫來石)。

67.2、檢測方法：

68.采用復合尖晶石莫來石與高鎳lncm電池正極材料(811生料)化學反應來測試抗腐蝕能力，主要通過樣品尺寸變化來確定抗鋰離子腐蝕性能。

69.按復合尖晶石莫來石耐火原料與高鎳lncm電池正極材料(811生料)按質量比70： 30混合均勻，外加上述混合物料總質量的3％的黃糊精作為結合劑，在球磨機中干磨2h，再加入去離子水濕磨10min。將混制完成的原料在50mpa下壓制為圓片，直徑為30mm，放入烘箱110℃下24h。得到干燥后的樣品，在將其置于800℃到1100℃下熱處理4h，用游標卡尺測量熱處理前后圓片試樣直徑尺寸的變化。

70.3、結果：

71.表1：膨脹尺寸檢測結果

72.[0073][0074]

注，上述比例的尖晶石和莫來石為晶相含量比

[0075]

表1結果顯示：

[0076]

單獨使用尖晶石或莫來石時，在800℃時，尖晶石幾乎沒有膨脹，而莫來石為1.9％， (30.58/30＝1.019)到1100℃時尖晶石最大膨脹為2.2％(30.7/30＝1.022)，而莫來石則達到 4.3％(31.29/30＝1.043)，由此可以看出莫來石比尖晶石更容易反應，表面鋰離子腐蝕性能差。

[0077]

采用本技術方法制備的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其性能介于純尖晶石和莫來石之間，且隨著尖晶石含量的增加，抗腐蝕性能越好。

[0078]

尖晶石和莫來石含量相同的樣品進行比較：從膨脹尺寸可以看出，對比例1在不同的溫度條件下均比實施例1大，實施例2復合尖晶石莫來石制備的耐火材料、3也是同樣小于對比例2、3。

[0079]

結果表明：本技術方法提供的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料比單一莫來石產(chǎn)品抗腐蝕性能有較大的提高，從而為延長制品使用壽命奠定基礎。

[0080]

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。技術特征：

1.一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，其原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉9

?

25份、工業(yè)氧化鋁50

?

100份和石英粉8

?

20份。2.根據(jù)權利要求1所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉9

?

21份、工業(yè)氧化鋁70

?

80份和石英粉8

?

20份。3.根據(jù)權利要求1所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉12

?

21份、工業(yè)氧化鋁70

?

80份和石英粉8.4

?

18份。4.根據(jù)權利要求1所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉15

?

21份、工業(yè)氧化鋁70

?

75份和石英粉8.4

?

16份。5.根據(jù)權利要求1

?

4任一項所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，所述輕燒鎂粉中mgo≥95％，sio2≤1.2％，cao≤0.8％，燒矢量≤3％；所述工業(yè)氧化鋁中al2o3＞98％，na2o＜0.5％；所述石英粉中sio2＞99％，fe2o3＜0.03％。6.根據(jù)權利要求1

?

4任一項所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于輕燒鎂粉的粒徑為200目。7.根據(jù)權利要求1

?

4任一項所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，氧化鋁的粒徑為200目。8.根據(jù)權利要求1

?

4任一項所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料，其特征在于，石英粉的粒徑為200目。9.一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：按照權利要求1

?

8任一項所述的配方稱取各成分，混勻，加入礦熱爐，在2200

?

2500℃電弧加熱熔融5

?

15分鐘，然后傾斜礦熱爐倒入水槽中快速冷卻，撈出干燥。10.權利要求1

?

8所述的復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料在制備匣缽中的應用。

技術總結

本發(fā)明涉及復合材料領域，尤其是涉及一種復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料及其制備方法，所述復合尖晶石莫來石陶瓷耐火材料的原料包括以下重量比的成分：輕燒鎂粉9

技術研發(fā)人員：王家邦 王臏 陸靜娟 田豐 謝峰 顧耀成 尹述偉 陳惠子 陸覺田 陳哲寧

受保護的技術使用者：浙江吉昌新材料有限公司

技術研發(fā)日：2021.08.04

技術公布日：2021/11/4