[發明專利]一種氧化鋯增韌氧化鋁空心球的制備方法

無效

• 申請號: 201010120316.6
• 申請日: 2010-03-09
• 公開（公告）號: CN101798230A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 王家邦;王立旺
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C04B35/657
• 分類號: C04B35/657;C04B35/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及耐火材料的制備方法，尤其涉及一種氧化鋯增韌氧化鋁空心球 的制備方法。

背景技術

在傳統能源日益枯竭而新能源發展緩慢的今天，當前最迫切的任務是開發 輕質、高強、熱震穩定性好、使用溫度高能滿足輕質結構高溫爐所需的內襯材 料，改變傳統的超高溫窯爐由于采用重質結構而存在的熱容量大、升溫速率低、 能耗大、使用壽命短、中期維修量大等缺點，節約能源，降低能耗，為人類可 持續發展服務。

由于輕質保溫材料是通過引入氣孔的方式獲得低熱導率，引入大量氣孔會 導致輕質材料的重燒線收縮率提高、荷重軟化溫度降低、高溫蠕變嚴重、耐壓 強度降低，從而使隔熱材料的使用溫度很難提高，并使應用范圍受到限制，因 此尋找新的方法制備新的高溫隔熱材料一直是各國專家的工作重點。1986年蘇 聯材料工作者采用增加Al₂O₃含量和成球預燒的辦法，生產出使用溫度可達 1750℃的高溫隔熱材料；20世紀80年代中期又成功地生產出輕質氧化鋁空心球 陶瓷，氧化鋁纖維等輕質隔熱材料，使用溫度可達1500～1800℃，不但可以做隔 熱層，也可以與火焰直接接觸。在現有的隔熱材料中，氧化鋁隔熱材料品種最 多，使用溫度高，隔熱節能效果好，是當今重點發展的隔熱材料，其中輕質氧 化鋁空心球陶瓷是隔熱材料技術進步的一個標志，它克服了原有泡沫氧化鋁產 品強度低、高溫抗蠕變性能差的缺點，可直接接觸火焰，可作為高溫內襯結構 材料使用，能夠推動傳統高溫窯爐結構改造，為設計新型窯爐結構奠定基礎。 但是目前采用純工業氧化鋁制備的氧化鋁空心球質脆，韌性較差，在震動成型 過程中空心球容易發生破損，也限制了氧化鋁空心球作為結構-隔熱一體化材料 在許多急冷急熱部位中的應用。在陶瓷增韌材料中，以氧化鋯增韌陶瓷材料最 為普遍，氧化鋯具有優良的力學性能，尤其是斷裂韌性遠高于氧化鋁陶瓷，部 分穩定氧化鋯陶瓷的抗彎強度可達1000MPa，斷裂韌性可達15MPa.m^1/2，而氧 化鋁常溫下的抗彎強度僅為412MPa，斷裂韌性為4MPa.m^1/2，氧化鋯陶瓷主要 利用亞穩四方相向單斜相的相變來提高陶瓷材料的強度和韌性，在制備氧化鋁 空心球的原料中添加氧化鋯利用應力誘導相變和微裂紋增韌機理提高空心球的 強度和韌性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氧化鋯增韌氧化鋁空心球的制備方法，所依據 的技術原理是在原有制備氧化鋁空心球的基礎上，以工業氧化鋁為主要原料， 同時引入含鋯增韌材料，采用電熔工藝制備氧化鋯增韌氧化鋁，熔融噴吹，利 用氧化鋯應力誘導相變和微裂紋增韌機理提高空心球的強度和韌性。

本發明所采用的技術方案如下：

以工業氧化鋁的材料為原料，并引入含鋯增韌材料鋯英石和單斜氧化鋯， 在三相交流或直流電弧礦熱爐中加熱熔煉，料液溫度達到2100～2500℃，然后用 裝在電弧礦熱爐上的噴嘴傾爐噴吹成球，經過篩分后得到0.2～5mm不同規格的 產品。

所述的工業氧化鋁、鋯英石和單斜氧化鋯的質量百分含量分別是：工業氧 化鋁為92～95％，鋯英石為0～3％，單斜氧化鋯為2～5％。

噴吹后制得的0.2～5mm空心球堆積密度為0.78～0.85g/cm³。

本發明所具有的有益效果是：

以工業氧化鋁為主要原料并引入含鋯增韌材料制備出的氧化鋁空心球，與 目前采用純工業氧化鋁生產的氧化鋁空心球相比，具有更好的強度和韌性，抗 熱震性能大幅度提高，特別適合應用于急冷急熱部位，使用溫度高，可廣泛應 用于各種輕質磚以及保溫澆注料。

具體實施方式

實施例1：

原料配比采用工業氧化鋁占95％，鋯英石占3％，單斜氧化鋯占2％，將上 述原料按比例配好在球磨機中混勻后，放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完 成后加入爐中熔煉，直至原料完全熔融，此后調整電流精煉20分鐘，溫度達到 2100℃后提起電極棒，立即傾爐噴吹形成氧化鋯增韌氧化鋁空心球。噴吹后有 部分原料沒有成球或破損，可在下次繼續加到爐中進行熔煉，經篩分得到的粒 度為0.2～5mm之間的統球堆積密度為0.78g/cm³，1100℃水冷三次耐壓強度保持 率為81％，斷裂韌性為5.4MPa.m^1/2。

實施例2：