一种氧化锆耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化锆耐火材料及其制备方法，所述氧化锆耐火材料由以下重量百分比的原料组成：75-80%的氧化锆原料，2.6-3%的纳米氧化铝，5-6.4%的石墨烯，1-2%的添加剂、1-3%的氧化钛、1-3%的碳化硅、1.5-3%的碳化硼、2-5%的纳米氧化镁以及1-4%的纳米氧化钕。本发明专利技术制备的耐火材料内部致密，提高体积密度，减小耐火材料的显气孔率，防止膨胀，进而进一步提升耐火材料的各项物理性能例如强度、不增加体积膨胀率，抗热震性、抗热冲击性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锆氧化锆耐火材料，尤其涉及一种耐火度高、抗侵蚀性能优异、抗热震 性能好，抗氧化性能好，烧结温度范围宽的氧化锆耐火材料及其制备方法。
技术介绍
随着能源的日益紧张，各国对高温工业用节能材料的研制、生产和使用日益重视， 高温窑炉、玻璃熔化炉需要大量使用具有优异性能或特殊性状的耐火材料。由于高含量的氧化锆及其致密的结构，氧化锆耐火材料对于任何类型的熔融玻璃 具有优异的耐腐蚀性。氧化锆耐火材料还具有在于熔融玻璃的界面处不形成反应层的性 质，这提供了在熔融玻璃中可能不形成包括石头状和线状的缺陷的优异特征。 但是由于现有制备氧化锆耐火材料过程中经常经历大量的热循环，使得氧化锆耐 火材料在制备时二氧化硅与氧化锆反应形成锆石晶体，在这种情况下，在玻璃相中形成锆 石晶体，并且因此锆石晶体的形成可引起玻璃相的相对减少，而锆石晶体含量的增加，会导 致耐火材料的残余体积膨胀率急剧增加，这会引起由耐火材料结构的强度劣化所致的裂纹 形成，并且在一些情况下最终引起粉化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了解决现有制备氧化锆耐火材料过程中经常经历大量的热 循环，使得氧化锆耐火材料在制备时二氧化硅与氧化锆反应形成锆石晶体，在这种情况下， 在玻璃相中形成锆石晶体，并且因此锆石晶体的形成可引起玻璃相的相对减少，而锆石晶 体含量的增加，会导致耐火材料的残余体积膨胀率急剧增加，这会引起由耐火材料结构的 强度劣化所致的裂纹形成，并且在一些情况下最终引起粉化的缺陷而提供一种不增加体积 膨胀率，耐火度高、抗侵蚀性能优异、抗热震性能好，抗氧化性能好，烧结温度范围宽的氧化 锆耐火材料。 本专利技术的另一个目的是为了提供该耐火材料的制备方法。 -种氧化锆耐火材料，所述氧化锆耐火材料由以下重量百分比的原料组成： 75-80%的氧化锆原料，2. 6-3%的纳米氧化铝，5-6. 4%的石墨烯，1-2%的添加剂、1-3%的 氧化钛、1-3%的碳化硅、1. 5-3%的碳化硼、2-5%的纳米氧化镁以及1-4%的纳米氧化钕。 在本技术方案中，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高、比 表面积大、尚化学反应活性、尚填充性的特点；在制品中加入石墨稀使得制品内部接触更 加紧密，从而减小烧成时因膨胀产生的应力，防止制品疏松或开裂；石墨烯的高强度保证了 制品的优良的力学性能，同时可以提升制品的抗酸碱腐蚀性能与抗氧化性。 作为优选，添加剂为硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的混合物，硅藻泥、氮 化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的质量比为5:3:4:7。在本技术方案中，玻璃微珠粒度合适，流 动性好，分散度高，加入玻璃微珠，可以在内部高度均匀分散，促进烧结，并具有更均匀的组 织结构，提高制品的强度和抗热震性能，纳米氧化锌的粒度细小，可以填充微细气孔，降低 制品的气孔率，提尚体积密度。 作为优选，硅藻泥与氮化硼在乙醇中混合均匀后加入玻璃微珠与纳米氧化锌，在 75°C水浴中超声震荡2h，干燥后冷热循环5-10次制得。 作为优选，所述冷热循环为在240°c下保温2小时，然后降温至-4°C下冷冻3小 时。 作为优选，氧化钛、碳化娃与碳化硼的粒径为0. 33-0. 58ym。 作为优选，氧化锆原料由粒径3-5mm的氧化锆颗粒与粒径10-15ym的氧化锆微粉 组成，氧化锆颗粒与氧化锆微粉的质量比为15 :1。 -种氧化锆耐火材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：各原料按以上配 比称量，混合均匀后的混合物料以无水酒精为介质研磨10-12小时，然后在真空烘干得到 粉料，对反应粉料施加3-5万伏的等离子电弧，使粉料熔融，通过惰性气体将熔融后的粉料 吹至冷却腔，得到的反应物经650-780°C下保温3小时后于1550°C下保温2小时，再降温至 500-600°C保温1小时后于1500°C保温1小时，冷却后得到氧化锆耐火材料。在本技术方 案中，等离子高温熔融技术，是在两极之间加入电压，使得等离子体瞬间升温，将加入送料 器中的粉体迅速达到熔融状态，等离子体高速运动，颗粒之间会发生剧烈碰撞，即时生产所 需要的熔融状态下的材料，使得耐火材料内部致密，提高体积密度，减小耐火材料的显气孔 率，防止膨胀，进而进一步提升耐火材料的各项物理性能例如强度、抗热震性、抗热冲击性。 作为优选，真空干燥的真空度为0. 001-0. 008MPa，干燥温度为130-150°C，干燥时 间为10-12小时。 作为优选，无水酒精与混合物料的重量比例为15:1。 本专利技术的有益效果是 1) 石墨烯使得制品内部接触更加紧密，从而减小烧成时因膨胀产生的应力，防止制品 疏松或开裂；石墨烯的高强度保证了制品的优良的力学性能，同时可以提升制品的抗酸碱 腐蚀性能与抗氧化性； 2) 本专利技术的耐火材料内部致密，提高体积密度，减小耐火材料的显气孔率，防止膨胀， 进而进一步提升耐火材料的各项物理性能例如强度、不增加体积膨胀率，抗热震性、抗热冲 击性； 3) 玻璃微珠粒度合适，流动性好，分散度高，加入玻璃微珠，可以在内部高度均匀分散， 促进烧结，并具有更均匀的组织结构，提高制品的强度和抗热震性能，纳米氧化锌的粒度细 小，可以填充微细气孔，降低制品的气孔率，提高体积密度； 4) 本专利技术制备方法简单，原料丰富，适合工厂化生产。【具体实施方式】 以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步的解释，并非对其保护范围的限制。 本专利技术采用的氧化锆原料由粒径3-5mm的氧化锆颗粒与粒径10-15ym的氧化锆 微粉组成，氧化锆颗粒与氧化锆微粉的质量比为15 :1。 本专利技术采用的氧化钛、碳化硅与碳化硼的粒径为0. 33-0. 58ym。 本专利技术所用的添加剂为硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的混合物，硅藻 泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的质量比为5:3:4:7。 硅藻泥与氮化硼在乙醇中混合均匀后加入玻璃微珠与纳米氧化锌，在75°C水浴中 超声震荡2h，干燥后冷热循环5-10次制得。冷热循环为在240°C下保温2小时，然后降温 至-4°C下冷冻3小时。 实施例1 一种氧化锆耐火材料，所述氧化锆耐火材料由以下重量百分比的原料组成：75%的氧 化锆原料，3 %的纳米氧化铝，5 %的石墨烯，1 %的添加剂、2 %的氧化钛、2 %的碳化硅、3 % 的碳化硼、5 %的纳米氧化镁以及4%的纳米氧化钕。[002当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锆耐火材料，其特征在于，所述氧化锆耐火材料由以下重量百分比的原料组成：75‑80%的氧化锆原料，2.6‑3%的纳米氧化铝，5‑6.4%的石墨烯，1‑2%的添加剂、1‑3%的氧化钛、1‑3%的碳化硅、1.5‑3%的碳化硼、2‑5%的纳米氧化镁以及1‑4%的纳米氧化钕。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：佘建锋，
申请(专利权)人：长兴泓矿炉料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33