專利名稱：一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法，這種復(fù)合粉體可用于含碳耐火材料，屬于耐火材料原料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米技術(shù)在耐火材料和陶瓷行業(yè)中應(yīng)用是目前人們研究的熱點(diǎn)，納米顆粒由于其尺寸 效應(yīng)，具有增韌、增強(qiáng)和提高材料抗熱震性等優(yōu)點(diǎn)。碳素材料具有高導(dǎo)熱性、低膨脹性及對(duì)煉鋼熔渣不潤(rùn)濕性等優(yōu)點(diǎn)，因此含碳耐火材料被廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉中的轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包以及滑板和爐外精煉等方面。傳統(tǒng)含碳耐火材料中的鋁碳、鎂碳和鋯碳耐火材料，一般采用石墨作為碳素材料，材料中碳含量一般在15 20%左右。由于耐火材料存在的大量碳會(huì)對(duì)鋼水造成增碳作用，隨著對(duì)鋼材質(zhì)量要求的提高，對(duì)耐火材料中碳含量要求越來越嚴(yán)格，碳含量小于5%的低碳耐火材料是目前研究熱點(diǎn)及未來發(fā)展方向。低碳耐火材料由于降低了碳的含量，導(dǎo)致了材料在使用過程中抗熱震及抗侵蝕性能明顯下降，為了解決這個(gè)問題，國(guó)內(nèi)外研究者紛紛提出采用納米碳技術(shù)來改善低碳耐火材料的性能，即通過在低碳耐火材料加入納米粒度的碳素材料來改善材料的抗熱震性能。有研究者將納米炭黑作為碳源加入到低碳鋁碳、鎂碳和鋯碳耐火材料中，發(fā)現(xiàn)可以使低碳耐火材料性能抗熱震性能和抗渣侵蝕性能有一定改善。但是目前將納米粒度碳素材料(如納米炭黑)加入到耐火材料中的方式都是采用普通機(jī)械互混，由于納米粒度的顆粒具有很高的表面能極易發(fā)生團(tuán)聚，此外一般耐火材料中加入的納米碳原料一般含量較少，這樣就造成本身加入量較少的納米粒度碳素材料在耐火材料中分散不均勻，使納米碳素材料的性能不能充分發(fā)揮導(dǎo)致所制備的含碳耐火材料(鋁碳、鎂碳或鋯碳)在抗熱震及抗渣侵蝕等性能方面改善不明顯。機(jī)械球磨是粉體制備的一種常見普遍的物理方法，通過控制球磨參數(shù)可以獲得一定粒度的粉體，目前機(jī)械球磨陶瓷原料可以獲得的最小粒度一般在2微米左右，想要僅通過機(jī)械球磨獲得納米粒度粉體幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)機(jī)械球磨也是一種使幾種原料混合均勻的常規(guī)方式，但是如果原料中有納米粒度粉體一般情況下要想使納米級(jí)別的幾種粉體混合均勻也是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榧{米粒度粉體極易發(fā)生團(tuán)聚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法，即采用機(jī)械球磨的方法合成一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體。本發(fā)明完成其發(fā)明任務(wù)所采取的技術(shù)方案是
一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，陶瓷粉體表面完全或部分被小于100納米的碳顆粒所包覆。一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，所述陶瓷粉體為氧化鋁粉或氧化鋯粉或氧化鎂粉，陶瓷粉體粒度在I微米 50微米，其中I微米 10微米粒度區(qū)域效果最佳?！N被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，所述的小于100納米碳顆粒的來源為鱗片石墨或膨脹石墨，為鱗片石墨或膨脹石墨經(jīng)機(jī)械球磨方式得到。一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，以鱗片石墨或膨脹石墨為碳源原料，碳源粒度在I微米 200微米，將碳源原料與陶瓷粉體原料混合后采用機(jī)械球磨方法直接制備得到；所述陶瓷粉體為氧化鋁粉或氧化鋯粉或氧化鎂粉，陶瓷粉體粒度在I微米飛O微米，所述的機(jī)械球磨方法為高能球磨或振動(dòng)磨球磨。一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，機(jī)械球磨時(shí)所加碳源原料與陶瓷粉體的質(zhì)量比為1:1"10。一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，機(jī)械球磨時(shí)碳源原料與陶瓷粉體原料的混合粉體與研磨球的質(zhì)量比為1:5飛O。一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，在10(Γ800轉(zhuǎn)/每分鐘的速度下高能球磨3 50小時(shí)或采用振動(dòng)磨在1(Γ30Ηζ的頻率下振動(dòng)球磨1(Γ50小時(shí)得到被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體。一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，陶瓷粉體粒度在I微米 10微米。
本發(fā)明采用機(jī)械球磨共混工藝，其具體原理為由于鱗片石墨和膨脹石墨的層狀結(jié)構(gòu)特性，在機(jī)械球磨過程中微米級(jí)陶瓷粉體和研磨球不斷研磨撞擊作用下鱗片石墨或膨脹石墨使鱗片石墨或膨脹石墨片層逐漸剝離脫落形成納米厚度片層，同時(shí)納米厚度片層被不斷破碎成納米粒度碳顆粒；納米級(jí)的小顆粒碳由于具有很高的比表面積，活化能很高，很容易附著到陶瓷顆粒表面；混合料中的陶瓷粉體由于研磨球的研磨和撞擊作用獲得能量，當(dāng)能量足夠大時(shí)，粉體表面會(huì)被活化，此時(shí)鱗片石墨或膨脹石墨破碎形成的納米粒度碳顆粒就被吸附在陶瓷粉體表面的活化位；隨著球磨時(shí)間延長(zhǎng)陶瓷粉體顆粒表面也會(huì)存在許多缺陷位，這可以為納米碳包覆提供場(chǎng)所。因此納米尺度的碳顆粒會(huì)不斷包覆到陶瓷粉體顆粒表面。一般的粉體原料在球磨過程中不易達(dá)到納米粒度只能達(dá)到微米粒度，而本發(fā)明采用的鱗片石墨原料由于是一種層狀結(jié)構(gòu)原料，層狀結(jié)構(gòu)鱗片石墨在一定的外力作用下可以使石墨片層逐漸剝落形成納米厚度的片層，納米厚度片層在球磨過程又會(huì)不斷破碎，這就可以得到納米粒度碳。而采用膨脹石墨做碳源時(shí)，由于膨脹石墨本身石墨片層已經(jīng)被膨脹開，具有較大的縫隙，在與微米級(jí)陶瓷粉體共混球磨時(shí)石墨片層更容易剝落破碎成納米顆粒。本發(fā)明利用了鱗片石墨及膨脹石墨的這種特性，采用微米級(jí)的鱗片石墨或膨脹石墨為碳源材料與一定比例陶瓷粉體(氧化鋁粉或氧化鎂粉或氧化鋯粉)共同混合球磨，在一定的機(jī)械球磨工藝參數(shù)下，使微米級(jí)的鱗片石墨或膨脹石墨破碎成納米粒度碳顆粒，在獲得納米粒度碳顆粒的同時(shí)生成的納米粒度碳顆粒還會(huì)包覆在陶瓷粉體表面，解決了納米碳在陶瓷粉體中的均勻分散問題。本發(fā)明涉及的這種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法具有成本低、操作過程簡(jiǎn)單，工藝易控制，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。


圖1，2，3是實(shí)施例I所制備納米碳包覆氧化鋁粉體的不同放大倍數(shù)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。圖4是實(shí)施例2所制備納米碳包覆氧化鋯粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。圖5，6是實(shí)施例3所制備納米碳包覆氧化鎂粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明
實(shí)施例I
高能球磨機(jī)制備(采用沈陽市科源機(jī)電設(shè)備廠制造的GN-2型高能球磨機(jī))以600目(23微米)膨脹石墨為碳源原料，以2微米氧化鋁粉為陶瓷粉體，按膨脹石墨氧化鋁粉質(zhì)量比=1:2稱取原料并混合；然后將混合粉體裝入球磨罐中，磨罐為鋼罐，用直徑2 5_的鋼球做研磨球。按混合粉體球質(zhì)量比為1:20的比例進(jìn)行高能球磨，球磨速率為600轉(zhuǎn)/每分鐘，球磨10小時(shí)即可得到被納米碳顆粒包覆的氧化鋁復(fù)合粉體，如圖1，2，3所示。經(jīng)掃描電鏡觀察，可以看到氧化鋁粉體顆粒表面包覆著許多納米尺度的碳顆粒，從圖3可看出碳顆粒的粒度在20納米左右。實(shí)施例2
采用高能球磨機(jī)制備(采用沈陽市科源機(jī)電設(shè)備廠制造的GN-2型高能球磨機(jī)):以199#(150微米)鱗片石墨為碳源原料，以2微米氧化鋯粉為陶瓷粉體，按石墨氧化鋯粉質(zhì)量比=1 3稱取原料并混合；然后將混合粉體裝入球磨罐中，磨罐為鋼罐，用直徑2 5_的鋼球做研磨球。按料球比為1:15的質(zhì)量比進(jìn)行高能球磨，球磨速率為700轉(zhuǎn)/每分鐘，球磨3小時(shí)即可得到被納米碳顆粒包覆的氧化鋯復(fù)合粉體，如圖4所示。實(shí)施例3
采用振動(dòng)磨球磨制備(溫州市新礦粉體機(jī)械有限公司制造的2MZS-3型振動(dòng)磨)以600目膨脹石墨為碳源原料，以2微米氧化鎂粉為陶瓷粉體，按膨脹石墨氧化鎂粉質(zhì)量比=1 3稱取原料并混合；然后將混合粉體裝入球磨罐中，磨罐為鋼罐，用直徑5 10mm的剛玉球做研磨球。按料球比為1:5的質(zhì)量比進(jìn)行振動(dòng)球磨，振動(dòng)頻率23. 2Hz，球磨30小時(shí)即可得到被納米碳顆粒包覆的氧化鎂復(fù)合粉體，如圖5和圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，其特征在于陶瓷粉體表面完全或部分被小于100納米的碳顆粒所包覆。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，其特征在于所述陶瓷粉體為氧化鋁粉或氧化鋯粉或氧化鎂粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，其特征在于所述陶瓷粉體粒度為I微米 50微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，其特征在于所述陶瓷粉體粒度為I微米 10微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體，其特征在于所述的小于100納米碳顆粒的來源為鱗片石墨或膨脹石墨，鱗片石墨或膨脹石墨的粒度為I微米"200微米。
6.一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于以鱗片石墨或膨脹石墨為碳源原料，碳源粒度在I微米 200微米，將碳源原料與陶瓷粉體混合后采用機(jī)械球磨方法直接制備得到；所述陶瓷粉體為氧化鋁粉或氧化鋯粉或氧化鎂粉，陶瓷粉體粒度在I微米 50微米,所述的機(jī)械球磨方法為高能球磨或振動(dòng)磨球磨。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于機(jī)械球磨時(shí)所加碳源原料與陶瓷粉體的質(zhì)量比為1:廣10。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于機(jī)械球磨時(shí)碳源原料與陶瓷粉體的混合粉體與研磨球的質(zhì)量比為1:5飛O。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于高能球磨的速度為100、00轉(zhuǎn)/每分鐘，時(shí)間為3 50小時(shí)；振動(dòng)磨球磨為采用振動(dòng)磨在1(T30Hz的頻率下振動(dòng)球磨10 50小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述陶瓷粉體粒度為I微米 10微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被納米碳包覆的陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法，屬于陶瓷、耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。所提出的納米碳包覆陶瓷粉體其制備工藝為以鱗片石墨或膨脹石墨為碳源原料，以Al2O3粉或ZrO2粉或MgO粉為陶瓷粉體原料，按碳源原料與陶瓷粉體原料的質(zhì)量比1:1~1:10混合均勻；將混合粉體放入球磨罐中，采用機(jī)械球磨方法制備得到被納米碳顆粒完全或部分包覆的陶瓷復(fù)合粉體。所合成的陶瓷復(fù)合粉體可以應(yīng)用到含碳耐火材料中，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)穩(wěn)定、易控制，球磨效率高，能獲得納米級(jí)別碳顆粒包覆在陶瓷粉體表面的復(fù)合粉體，可以規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/482GK102659428SQ201210123568
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者于建賓, 劉國(guó)齊, 吳小賢, 李紅霞, 楊文剛, 牛沖沖, 錢凡, 馬天飛 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司