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冶金废料炉渣新一代工程材料
【作者】：南昌废品收购 【添加时间】：2007-8-15 8:58:05
赛隆（Sialon）是近年来在工程材科中出现的一种十分引人注目的新型超强度陶瓷，被公认为一种具有广阔发展前途的工程材料。赛隆是由Si-Al-O-N系所构戊的多种化合物群的总称，是一种氧氮化硅铝SiAlON的译音。它是英国卢卡斯－库克森赛隆在Si3N4基础上通过用氧部份置换作为Si3N4结构单胞的SiN4四面体中的氮，同时以铝部份置换其中的硅的方法研制成功的，因此是氮化硅陶瓷的新一代产品。
与耐热合金相比，赛隆陶瓷材料的高温强度与硬度高、蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损；与硬质合金相比，高温强度高、硬性好、抗热震性好；与其他陶瓷相比，热膨胀系数小、抗热冲击性好、断裂韧性高。强如钢、硬似金刚石、轻若铝的赛隆陶瓷一出现，就倍受人们的青睐。它在各个工业部门和新技术领域的应用已展现出诱人的前景，许多学者对其制备方法进行了多方面的深入研究。目前采用的以商业产品为原料制备赛隆的方法成本很高且制备过程复杂。因此，降低成本且保持其优异性能成为今后Sialon陶瓷发展的重要方向。
近年来有学者研究了以冶金废渣即高炉炉渣为原料合成赛隆粉。中科院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室研究了以高炉炉渣为原料，用高温自蔓延燃烧工艺合成了较为纯净的单相(Ca，Mg)α-sialon粉料(简称炉渣α-sialon粉)，并用无压和热压烧结工艺将炉渣α-sialon粉烧结成了炉渣α-sialon陶瓷，对炉渣α-sialon陶瓷的力学性能进行了检测，结果表明，炉渣α-sialon陶瓷有较好的力学性能，优良的抗冲刷性能和抗酸腐蚀性能。中科院上海硅酸盐研究所分别于2002年、2004年公开了低成本合成赛隆陶瓷粉方法中国专利，具体如下：
公开号 | 题目 | 公开日 | 申请日 |
1349956 | 一种低成本合成赛隆陶瓷粉料的方法 | 2002.05.22 | 2001.09.14 |
摘要 | 该发明涉及一种低成本合成赛隆陶瓷粉料的方法。该方法利用冶金炉渣或石灰石或粉煤灰工业废料，或廉价天然矿物为原料，通过添加金属硅粉、铝粉以及部分晶种，以α－sialon的通式MxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的x、m、n值作为设计赛隆陶瓷主要参数(当M 为Nd、Sm、Gd、Dy、Y和Yb时，0.33＜x＜0.67，m＝3x，m＝2n；当M为Ca 时，0.4＜x＜1.4，m＝2n＝2x)，原料经球磨烘干后，经高温自蔓延工艺合成再经过处理得到单相α－sialon粉料，该粉料具有非常好的烧结性，可在1600－1800℃ 之间无压烧结，密度达3.07g/cm2，硬度为15.53GPa，韧性4.72MPa·m1/2，并具有远高于Al2O3和ZrO2陶瓷和优于SiC陶瓷的的耐冲刷性能。 | ||
独立权项 | 一种合成α-赛隆陶瓷粉料的方法，其特征在于利用冶金炉渣或石灰石或粉煤灰工业废料，以Si3N4和A1N粉作为晶种，通过添加金属硅粉、铝粉，以α-赛隆的通式MxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的x、m、n值作为设计赛隆陶瓷主要参数，原料经球磨、混料、烘干后由高温自蔓延工艺合成再经处理制备而成，其中，当M为Nd、Sm、Gd、Dy、Y和Yb时，0.33＜x＜0.67，m＝3x,m＝2n：当M为Ca时，0.4＜x＜1.4，m＝2n＝2x，晶种的加入量占15wt%-40wt%。 | ||
公开号 | 题目 | 公开日 | 申请日 |
1521141 | 低成本α－赛隆粉体的自蔓延高温合成制备方法 | 2004.08.18 | 2003.02.14 |
摘要 | 一种低成本α-赛隆粉体的自蔓延高温合成制备方法，属于非氧化物超细粉体制备领域。该发明是由金属硅粉、金属铝粉、炉渣或某些天然矿物或它们的混合物和赛隆粉根据Sialon组份设计按5-50∶5-30∶5-30∶5-60的比例混合，并通过以3MPa-15MPa氮气。本发明的特点是：不需要预先压块；反应是在碳毡制的直立环状筒或盘状容器中进行；仅仅采用该发明合成的 Sialon添加到反应体系中，而不需要在反应体系中添加价格较高的氮化硅和氮化铝粉，能进一步降低合成成本；Sialon的加入，在燃烧反应过程中提供 Sialon合成的晶种，而且也作为稀释剂，既有利于减缓反应速度，又可减少整个反应体系的杂质含量，而且促使燃烧产物结构的疏松。 | ||
独立权项 | 一种低成本α-赛隆粉体的自蔓延高温合成制备方法，α-赛隆是以α-Sialon的通式MxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的x、m、n值作为设计α-赛隆粉体的主要参数，当M为Nd、Sm、Gd、Dy、Y、Yb或它们的复合粉体时，0.33(x＜0.67，m=3x，m＝2n;当M为Ca时，0.4＜x＜1.4，m＝2n=2x，其特征在于：(1)金属硅粉、金属铝粉、炉渣或某些天然矿物或它们的混合物和本发明合成的α-赛隆粉按α-Sialon组份设计按5-50:5-30:5-30:5-60的比例混合配料；用硅粉和铝粉的自蔓延合成的Si3N4、AlN代替配料中所需的Si3N4和A1N；(2)在球磨筒中干混2-48小时，取出后经筛网过筛; (3)混合均匀的粉料装于碳毡制的容器中，再放置在自蔓延高温炉内，点火高温合成，氮气压力为3-15Mpa，合成后在炉内或空气中自然冷却。 | ||
此外，北京科技大学物理化学系刘克明等2001年曾报道了在热力学分析的基础上，以高炉渣为原料，引入适当的添加剂，利用碳热还原－氮化的方法制备了Ca-α-Sialon-SiC粉，得到的Ca-α-Sialon含量最高可以达到81％；利用统计模式识别结合人工神经元网络优化了工艺。
目前以高炉炉渣为原料合成赛隆，在国内除以上报道外，未见其它研究报道，在国外未见类似研究的公开报道。
利用高炉炉渣合成赛隆，不仅可避免工业废料，有益于环境保护；而且利用该工艺可降低赛隆的合成成本，变废为宝，使工业废料再生利用，具有重要的现实意义。
