[發明專利]一種氧化鋯制品的制造方法

有效

• 申請號: 200710055034.0
• 申請日: 2007-08-27
• 公開（公告）號: CN101108775A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 吳愛軍;陳人品;朱德先;張亞棟;張濤;譚清華;胡飄;燕君杰
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/482;C03B5/43
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司
• 代理人: 郭中民

技術領域

本發明涉及一種氧化鋯制品的制造方法，尤其是涉及一種通過控制穩定劑的加入量和引入活性氧化鋯超微粉的量來生產熱膨脹率低、強度大的氧化鋯制品的方法。主要用于生產超高純熔融石英玻璃的熔煉爐內襯。

背景技術

ZrO₂熔點高達2690℃，是一種高級耐火材料，具有耐火性能高，化學穩定性好，在氧化、還原和真空狀態下穩定的獨特優點，常用于操作溫度在2000℃或更高的環境下使用，目前熔融石英熔煉爐和鎢鉬超硬質合金中頻感應爐使用的氧化鋯制品尚無任何材料所取代。

由于氧化鋯有晶型轉變和體積突變的特點，因此單用純氧化鋯難以制造出燒結而又不開裂的制品，通常加入陽離子半徑與Zr⁺⁴離子半徑相差在12％以內的氧化物作穩定劑，經高溫處理可以得到從室溫直至2000℃以上都穩定的立方晶型的氧化鋯固溶體，從而消除在加熱或冷卻過程中的體積反常突變。穩定劑有CaO、MgO、Y₂O₃、GeO等，由于Y₂O₃、GeO屬于稀土金屬氧化物，在自然界中儲量很少，提純較困難，價格非常昂貴，只有在特殊行業、特殊需求時作為穩定劑使用。而CaO、MgO在自然界中儲量多，易于得到，應用較為普遍。但以MgO穩定的氧化鋯，在冷卻至1400℃以下時，會重新分解為四方氧化鋯和MgO，繼續冷卻至900℃時，四方氧化鋯轉變為單斜氧化鋯，穩定性差，同時也不利于后期的加工，且價格較昂貴。與MgO相比，CaO儲量較大，易提純制取，價格低廉，而且穩定性好，目前被廣泛采用。

長期以來，用于2000℃或更高的熔融石英熔煉爐和超硬質合金中頻感應爐的氧化鋯制品，通常采用穩定劑CaO含量4.4～4.7wt％的全穩定ZrO₂來生產。采用這種方法生產的氧化鋯制品存在如下缺點：

1、熱膨脹率大，熱膨脹系數高，與部分穩定ZrO₂相比，熱膨脹系數幾乎是部分穩定ZrO₂的兩倍，在1500℃下全穩定ZrO₂熱膨脹系數為11×10^-6/℃或更高。這種產品用于熔融石英熔煉爐，往往因熱膨脹率過大，抗熱震性差而被擠斷擠碎或剝落掉片，嚴重污染熔融石英，從而導致產品報廢。

2、ZrO₂熔點非常高，在較低溫度下(如1800℃)很難燒結，為降低燒結溫度，通常在全穩定ZrO₂制品的配料中加入助燒劑，盡管引入助燒劑燒成溫度仍需在1800℃以上方可燒結。這既耗能大又因助燒劑的引入，導致對熔融石英玻璃的污染和對熔融石英熔體粘結不易剝離的不良后果。

3、全穩定ZrO₂產品盡管燒成溫度高達1800℃或更高，但強度仍偏低，不能滿足現代熔融石英玻璃生產的需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是要克服上述現有生產方法存在的缺點而提供一種工藝先進、能耗低、產品性能好、易于工業化生產的制造方法，使采用本發明方法生產的氧化鋯制品在熔融石英熔煉爐上使用，無膨脹剝落、擠斷擠碎現象，與熔融石英熔體少粘結易剝離，無污染。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：嚴格控制氧化鋯空心球或脫硅鋯空心球、電熔氧化鋯或電熔脫硅鋯顆粒及其細粉中穩定劑的加入量，使其形成部分穩定狀態，并在基質粉料中引入適量活性單斜ZrO₂超微粉，上述各種原料按設計比例加入結合劑進行混練、成型、干燥，于1600～1720℃下燒成制得本發明的氧化鋯制品。

所述的氧化鋯制品包括：

(A)骨料由穩定劑含量均為2.5～3.9wt％的部分穩定氧化鋯空心球或脫硅鋯空心球、電熔氧化鋯或電熔脫硅鋯或二者任意比例混合物的電熔顆粒組成：氧化鋯空心球或脫硅鋯空心球的球徑為3～0.2mm，占ZrO₂制品總重量的40～50％，電熔氧化鋯或電熔脫硅鋯或二者混合物的粒徑為1～0.1mm，占氧化鋯制品總重量的10～20％；

(B)基質部分由穩定劑含量為2.5～3.9wt％的部分穩定電熔氧化鋯或電熔脫硅鋯或二者任意比例混合物的電熔細粉構成并加入有活性單斜ZrO₂超微粉：電熔細粉的粒徑＜44um占氧化鋯制品總重量的34～39％，粒徑＜2um的活性單斜ZrO₂超微粉占氧化鋯制品總重量的1～6％。