一种耐火材料及其制备工艺制造技术

本申请公开了一种耐火材料及其制备工艺。一方面，本申请提供的一种耐火材料的组成，该耐火材料由氧化锆、占氧化锆总重量10~20%的氧化硅、粘合剂以及占该耐火材料总重量1~8%的水或不含水混合制成。另一方面，本申请还提供了上述耐火材料的制备工艺，包括：原料的称取，湿坯的制作以及干燥、烧结过程。本申请制得的耐火材料具有耐高温性、高化学稳定性、高耐急冷急热特性；此外，该耐火材料的结构、组分均匀，气孔率低，机械强度高，十分有利于耐火材料的大量制备及应用。大量制备及应用。大量制备及应用。

【技术实现步骤摘要】
一种耐火材料及其制备工艺


[0001]本申请涉及耐火材料的
，尤其是涉及一种耐火材料及其制备工艺。

技术介绍

[0002]氧化锆是一个耐高温、耐腐蚀、耐磨损而且含有优良导电性能的无机非金属材料，尤其是其优良常温力学性能及耐高温、耐腐蚀性能而倍受科研工作者青睐，20世纪20年代初即被应用于耐火材料领域。目前市场上氧化锆坩埚用于熔炼铂、铑、铱等贵重金属及合金；氧化锆砖用于2000℃以上的高温内衬；氧化锆棒体可作为发热元件，用于氧化气氛下2000～2200℃的高温炉；氧化锆固体电解质可作为快速测定钢液、铜液及炉气中氧含量的测氧探头及高温燃料电池的隔膜等；在陶瓷应用中，氧化锆可作为增韧剂，以改善陶瓷的脆性等。
[0003]氧化锆具有特殊的结构材料性能，是一个多相体系，受温度影响历经三个相系：常压下纯氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，密度5.68g/cm3；高温为四方晶系，密度 6.10g/cm3；更高温度下为立方晶系，密度6.27g/cm3。
[0004]常温下，ZrO2只能是单斜相，当用锆盐煅烧，达成650℃时，出现稳定四方相，继续升高时四方相逐步转变为单斜相，再继续升温至830℃时，ZrO2又开始向四方相转变，至 1170℃时，完全转变为四方相，温度升至2370℃时转变为立方相；当温度降低时，逐步转化为四方相，到室温时，变为稳定单斜相。当温度升高时，由单斜相向四方相转变时，会使体积收缩5％，而当温度降低时，由四方相向单斜相转变时，会使体积膨胀8％，由于氧化锆晶体随温度的变化过程中，存在3种相结构之间的变换，因此，在不同相结构之间的转变过程中，会产生不同的热膨胀。正是因为在转变过程中，会发生相应体积的改变，所以这样制得的氧化锆产品容易龟裂。
[0005]综上所述，单用纯氧化锆就极难制造出烧结而又不开裂的制品。因此，为了获得其他室温稳定相系，就需在ZrO2中添加某些氧化物作为晶型稳定剂，例如在氧化锆中加入适量CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2、ScO3等阳离子半径和Zr
4+
离子半径相差在12％以内氧化物，这些氧化物能与ZrO2形成固溶体或复合体，可改变晶体内部结构，添加的氧化物可填充ZrO2中晶格缺陷，抑制ZrO2晶型的扭转，起到稳定的作用，经高温处理后就能够得到从室温直至2000℃以下全部稳定立方型氧化锆固溶体，从而消除了在加热或冷却过程中因相变引发体积效应，避免含氧化锆制品开裂。上述加入的氧化物就称之为稳定剂。经过这种稳定处理的氧化锆称为稳定二氧化锆，制备稳定二氧化锆过程称为二氧化锆稳定化。
[0006]目前，以氧化锆为主体的耐火材料，大都掺入了稳定剂，以消除二氧化锆在晶型转变过程中产生的体积变化带来的不利影响。广泛采取的稳定剂有CaO和MgO，但是经过长时间加热处理会发生分解，从而使得制品遭到破坏，市面上性质优良的稳定剂价格又较高，无疑增加了耐火材料的生产成本。
[0007]因此，急需开发出一种高耐急冷急热性，热脆性低，经济实惠的氧化锆耐火材料。

技术实现思路

[0008]为了解决上述至少一种技术问题，开发一种高耐急冷急热性，热脆性低，经济实惠的氧化锆耐火材料。本申请提供一种耐火材料及其制备工艺。
[0009]一方面，本申请提供的一种耐火材料，包括以下组分：氧化锆，氧化硅以及粘结剂；所述氧化硅占氧化锆总重量的10～20％，还包括占所述耐火材料总重量1～8％的水或不含水。
[0010]可选的，一种耐火材料，所述耐火材料包括以下组分：氧化锆，氧化硅以及粘结剂；所述氧化硅占氧化锆总重量的15～20％，还包括占所述耐火材料总重量1～8％的水或不含水。
[0011]通过采用上述技术方案，本申请相对简化了耐火材料原料，能够有效降低氧化锆耐火材料的生产成本，并且该氧化锆耐火材料依然具有耐高温、高化学稳定性、高耐急冷急热特性等优良性能。
[0012]可选的，一种耐火材料，所述氧化锆、氧化硅的粒度均小于400目。
[0013]可选的，一种耐火材料，所述氧化锆，由以下三种不同粒径组成，按质量百分比配比为：氧化锆0
‑
60目15～25％，氧化锆60
‑
200目30～50％，氧化锆200
‑
400目30～50％。
[0014]可选的，一种耐火材料，所述氧化硅的粒径为100
‑
400目。
[0015]通过采用上述技术方案，本申请制得的氧化锆耐火材料具有极佳的致密性。颗粒之间具有良好的级配关系，烧结坯体的结构、组分均匀，气孔率低，强度高，更有利于氧化锆制品的大量制备及应用。
[0016]可选的，一种耐火材料，所述粘结剂包括磷酸二氢铝，所述磷酸二氢铝是氧化锆总重量的1.5～8％。
[0017]通过采用上述技术方案，磷酸二氢铝其本身就能够耐受1600℃高温，氧化锆的熔点为2600℃，耐火度为2200℃，在该体系中，向以氧化锆为主体的耐火材料中复配一定比例的磷酸二氢铝，在高温下，氧化锆可以与磷酸铝盐结合形成Zr
‑
O
‑
P键，从而提高粘结剂的耐温性能。
[0018]可选的，一种耐火材料，所述粘结剂还包括硼酸，所述硼酸是氧化硅总重量的 0.5～3％。
[0019]通过采用上述技术方案，硼酸作为一种助熔剂，在耐火材料中一般用作促进烧结的作用，可增强烧结强度，并起到辅助调节烧结炉温，随着温度的升高，逐渐得到干燥的三氧化二硼，三氧化二硼的生成，可以降低粘度、控制热膨胀、阻止失透、提高化学稳定性、提高抗机械冲击和热冲击能力。
[0020]第二方面，本申请提供了上述耐火材料的制备工艺，包括以下步骤：S1、按质量比称取不同粒径的氧化锆粉末，并以氧化锆总量为基准，称取占氧化锆总量 10～20％的氧化硅，混合均匀；S2、向步骤S1制得的混合物中加入占氧化锆总重量1.5～8％的磷酸二氢铝，以及占氧化硅总重量0.5～3％的硼酸，混合搅拌；S3、向步骤S2混合搅拌后得到的物料中，加入占该耐火材料总重量1～8％的水或不含水，混合均匀后，置于模具中捣打夯实，制得湿坯；S4、将湿坯放入干燥器内干燥；
S5、将干燥好的坯体放入电炉内烧结，烧结温度1200～1300℃，时间持续6小时以上，成型，制得标准耐火材料坩埚。
[0021]通过采用上述技术方案，本申请耐火材料的制备工艺，方法简单，适于工业化生产，具有极大的经济效益；且本申请氧化锆耐火材料是在1200～1300℃烧结而成，烧结温度低，但是制得的氧化锆耐火材料仍具有较好的耐高温，高化学稳定性以及高耐急冷急热性能。
[0022]可选的，一种耐火材料的制备工艺，步骤S2中，混合搅拌时间为20～60分钟。
[0023]可选的，一种耐火材料的制备工艺，步骤S4中，干燥温度为40
‑
60℃，干燥时间为 48～72小时。
[0024]综上所述，本专利技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本申请以氧化锆为耐火材料的主要成分，氧化锆作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐火材料，其特征在于，所述耐火材料包括以下组分：氧化锆，氧化硅以及粘结剂；所述氧化硅占氧化锆总重量的10~20%，还包括占所述耐火材料总重量1~8%的水或不含水。2.根据权利要求1所述的一种耐火材料，其特征在于，所述耐火材料包括以下组分：氧化锆，氧化硅以及粘结剂；所述氧化硅占氧化锆总重量的15~20%，还包括占所述耐火材料总重量1~8%的水或不含水。3.根据权利要求2所述的一种耐火材料，其特征在于，所述氧化锆、氧化硅的粒度均小于400目。4.根据权利要求3所述的一种耐火材料，其特征在于，所述氧化锆，由以下三种不同粒径组成，按质量百分比配比为：氧化锆0
‑
60目15~25%，氧化锆60
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200目30~50%，氧化锆200
‑
400目30~50%。5.根据权利要求3所述的一种耐火材料，其特征在于，所述氧化硅的粒径为100
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400目。6.根据权利要求1所述的一种耐火材料，其特征在于，所述粘结剂包括磷酸二氢铝，所述磷酸二氢铝是氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国华，王新梅，
申请(专利权)人：上海湜清新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：