刘科燕，肖国庆，丁冬海，杨守磊

(西安建筑科技大学材料与矿资学院，西安　710055)



Al2O3含量对燃烧合成铝酸钙粉体物相组成的影响

刘科燕，肖国庆，丁冬海，杨守磊

(西安建筑科技大学材料与矿资学院，西安710055)

本文以CaO、Al和Al2O3为原料，在氧气气氛下，采用燃烧合成法(CS)制备铝酸钙粉体，计算了CaO-Al-Al2O3-O2体系的绝热温度，结合物质自由能函数的相关理论、X衍射法(XRD)，研究了Al2O3含量对燃烧合成铝酸钙粉体物相组成的影响。热力学计算及XRD物相分析结果表明：体系绝热温度随Al2O3含量的增多而降低，但均大于1800 K，说明体系反应可自持；当Al2O3/( Al2O3+CaO)(mole)分别为0.3，0.47和0.55时，物相组成分别为C3A和C12A7，C12A7和CA，CA和CA2；热力学数据显示C12A7-C3A、C12A7-CA和CA-CA2之间物相可实现转化，但由于燃烧合成反应速度过快及不可控性导致物相之间尚未完成转化，致使燃烧合成铝酸钙的物相生成量与理论量有较大差异。

铝酸钙粉体； 燃烧合成(CS)； 物相组成； 热力学计算

1　引　言

铝酸钙作为冶金熔渣和水硬性材料分别在钢铁行业和水泥技术的应用中占有重要作用。铝酸钙化学组成主要是CaO-Al2O3二元系统，其中存在铝酸三钙(Ca3Al2O4，简称C3A)、七铝酸十二钙(Ca12Al14O33，简称C12A7)、一铝酸钙(CaAl2O4，简称CA)、二铝酸钙(CaAl4O7，简称CA2)和六铝酸一钙(CaAl12O19，简称CA6)五种化合物，图1为CaO-Al2O3体系相图[1]。近年来，铝酸钙材料在催化剂载体、发光陶瓷、火焰探测器、生物陶瓷和结构陶瓷这些领域中有了新的应用[2-4]。

图1　CaO-Al2O3体系相图Fig.1　Phase diagram of the CaO-Al2O3 system

铝酸钙粉体通常采用传统的烧结法，即以石灰(或石灰石)和工业氧化铝为原料，在高温(一般>1673K)保温3～4 h，通过固相反应制得[5]。但用该方法制备的粉体的合成温度过高、比面积非常低(<1 m2/g)，活性较差以及出现不期望的C12A7或游离CaO产物[6-9]。另一方面，溶胶-凝胶技术[10]、反胶束技术[11]和有机溶液聚合技术[12]也可用来制备铝酸钙粉体，虽然采用这些技术制备铝酸钙粉体可以实现低温合成，但此方法存在成本高，工艺复杂的缺点。近年来，燃烧合成(Combustion synthesis， CS)在生产多相氧化物陶瓷方面引起了很大关注[12, 13]，此方法制备粉体具有工艺过程简单、能耗低、生产效率高 、产品纯度高且烧结活性高等优点[14,15]。然而目前，燃烧合成法制备铝酸钙粉体复相陶瓷鲜见报道。

本文以CaO、Al和 Al2O3为原料，在氧气气氛下，采用燃烧合成法(CS)制备铝酸钙粉体；计……