[發明專利]反應燒結產物為結合相的氧化鋯－莫來石復相耐火材料及制備方法

無效

• 申請號: 00125277.1
• 申請日: 2000-09-19
• 公開（公告）號: CN1092163C
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發明（設計）人: 趙世柯;黃校先;郭景坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/482;C04B35/488
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振蘇

本發明涉及一種反應燒結產物為結合相的氧化鋯(ZrO₂)-莫來石復相耐火材料及制備方法，更確切地說，所述的復相耐火材料是以粗、中顆粒的莫來石和部分穩定ZrO₂(PSZ)為骨料，以ZrSiO₄和α-Al₂O₃反應的產物為結合相。屬于先進耐火材料領域。

眾所周知，莫來石(3Al₂O₃·2SiO₂)具有一系列優異的熱學和力學性能(如較低的熱導系數和熱膨脹系數、出色的抗高溫蠕變性和抗熱震性、以及良好的化學穩定性和高溫強度)，是一種理想的耐火材料。在莫來石基體中添加ZrO₂可以進一步提高材料的強度、抗侵蝕性能和抗熱震性能。ZrO₂-莫來石復相耐火材料在玻璃熔煉、鋼鐵、冶金等領域有著廣泛應用，近年來在鋼鐵連鑄工藝中也越來越受到重視。這種材料雖然很早就被開發出來了，并且得到廣泛研究，但隨著高溫技術特別是鋼鐵、冶金工藝的持續快速發展對耐火材料的性能提出越來越苛刻的要求，通常要求材料同時具備優良的力學性能、抗侵蝕性能和抗熱震性能，而這些性能對材料致密度的依賴性通常是矛盾的。傳統的耐火材料工藝已不能滿足這種要求，因此要得到綜合性能優良的ZrO₂-莫來石復相耐火材料，必須突破傳統的耐火材料組織結構設計和傳統的生產工藝，而需要引進新的思路和技術。

從20世紀70年代后期起，人們對ZrO₂-莫來石復相材料進行了廣泛和深入的研究。以ZrSiO₄和α-Al₂O₃為原料，通過反應燒結工藝制備ZrO₂-莫來石復相材料是一種低成本的路線，而且制得的材料具有獨特的性質。但是由于燒結過程中的莫來石化反應對致密化產生不利影響，致使很難獲得致密的燒結體。1980年，Claussen采用優化的反應燒結工藝獲得優異力學性能的ZrO₂-莫來石復相材料，此后，許多學者從不同角度相繼對采用反應燒結工藝制備ZrO₂-莫來石材料進行了研究，包括反應燒結過程、材料的顯微結構和力學性能以及添加燒結助劑的影響。后來，該種燒結工藝被引入到耐火材料的制備中，但是由于在相組成和工藝上沒有實現優化，未能取得良好效果。是否可以以ZrSiO₄和α-Al₂O₃的反應燒結產物—細晶致密的ZrO₂-莫來石復相陶瓷材料—為結合相，采用先進陶瓷工藝與傳統耐火材料工藝相結合的工藝，制備出具有優良性能的ZrO₂-莫來石復相耐火材料，一直是材料工作者追求的目標，從而導出本發明的構思，進行了有益的嘗試。

本發明的目的在于提供一種將先進陶瓷工藝與傳統耐火材料工藝相結合制備出以反應燒結產物為結合相的ZrO₂-莫來石復相耐火材料及制備方法。

本發明的目的是通過下述工藝過程實施的：

以工業超細ZrSiO₄和α-Al₂O₃粉體為原料，采用反應燒結工藝，以兩者細晶致密的反應燒結產物為耐火材料的結合相，以粗、中顆粒莫來石和部分穩定ZrO₂顆粒為骨料，通過相組成和顆粒級配設計以及工藝過程優化制備出具有特殊組織結構的ZrO₂-莫來石復相耐火材料。

具體的制備過程是：

(1)使用的原料為工業超細ZrSiO₄粉體：

??ZrO₂含量＞65％，粒度為0.2-5μm；

???工業超細α-Al₂O₃粉體：粒度為0.1-3μm；

???市售燒結合成莫來石顆粒：接近化學計量組成，粒度為1-3mm；

???電熔部分穩定ZrO2顆粒：有40目和200目兩種。

(2)采用多級顆粒級配，粗顆粒：中顆粒：細顆粒＝3～6∶1～2∶4～6(體積比)，每一粒級又有亞一級的級配。其中每個級配的粗、中、細顆粒均由ZrO₂和莫來石組成，僅僅是顆粒尺寸和來源不同。