[發(fā)明專利]一種氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火原料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110259824.7
• 申請(qǐng)日: 2011-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102424585A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李悅彤;黃朝暉;徐友果;尹麗;房明浩;劉艷改;易帥;唐潮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): C04B35/66
• 分類號(hào): C04B35/66
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火原料及其制備方法，屬于耐高溫復(fù)相材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋯英石是一種十分重要的含鋯非金屬礦礦種，它在耐火材料、陶瓷工業(yè)、建材工業(yè)、電子工業(yè)和原子能工業(yè)等諸多領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。鋯英石的主要成分為硅酸鋯，它主要產(chǎn)于花崗巖、堿性巖或與這些巖石有關(guān)的偉晶巖及巖漿期后礦床中，此外在變質(zhì)巖、沉積巖以及某些噴出巖中也有鋯英石存在。

莫來(lái)石材料由莫來(lái)石單晶或多晶組成，具有高的彈性模量、抗蠕變性、抗熱沖擊性和高溫強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性好，能在1000℃以上抵抗熔融金屬和非氧化物的浸蝕，同時(shí)在高溫氧化條件下具有良好的穩(wěn)定性和力學(xué)性能、較低的熱導(dǎo)率和優(yōu)良的電絕緣性，其廣泛用于高溫結(jié)構(gòu)材料的研究。

復(fù)相材料相比于單相材料有著更好的理化性能，因此擬通過(guò)鋯英石與氧化鋁在高溫條件下反應(yīng)燒成獲得的氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料可以顯著改善單一材料的機(jī)械性能，使其具有更優(yōu)異的力學(xué)性能、抗熱震性能以及抗侵蝕性能，作為耐火材料的原料或高溫結(jié)構(gòu)材料，廣泛的應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工、鋼鐵冶煉等諸多領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的制備氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相原料的方法常采用氧化鋯或硅酸鋯細(xì)粉與莫來(lái)石細(xì)粉作為主要原料進(jìn)行復(fù)合。如唐紹裘等以ZrSiO₄和Al₂O₃為主要原料原位合成了氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷材料并探討了原位反應(yīng)機(jī)理，所制備的材料具有較好的機(jī)械性能。趙世柯等以超細(xì)ZrSiO₄和Al₂O₃的反應(yīng)燒結(jié)產(chǎn)物為結(jié)合相，以粗粒莫來(lái)石為骨料制備出了具有高致密度、優(yōu)良抗熱震性的氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)合耐火材料。這一類方法工藝過(guò)程較為簡(jiǎn)單，但是所需原料的獲得往往需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的破碎和高溫等過(guò)程，從而使得生產(chǎn)的成本較高。

除了傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)法以外，在一些研究中采用液相合成的方法也可以得到這種高性能的氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相粉體材料。如譚小平等采用非晶晶化法制備得到了高t-ZrO₂含量的氧化鋯-莫來(lái)石納米復(fù)相陶瓷，同時(shí)研究了SiO₂-2Al₂O₃-2ZrO₂體系的原位受控晶化過(guò)程，這種制備方法解決了納米粉末團(tuán)聚、高溫?zé)Y(jié)時(shí)不能完全致密和晶?？焖匍L(zhǎng)大等問(wèn)題，有利于獲得均勻、致密、高可靠性的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。朱伯銓等以鋯英石為原料，采用熔鹽法合成制備出了氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相粉體，這種合成方法使反應(yīng)在液相中實(shí)現(xiàn)原子尺度的混合，所合成的粉體具有較好的形貌。這一類反應(yīng)所需溫度較低，所制備的材料性能較好，其不足在于需要經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)才能得到所要合成的目標(biāo)產(chǎn)物。

為了降低生產(chǎn)成本、縮短工藝流程，尋找一種高效、低成本的合成方法來(lái)制備氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相原料，可以選用天然礦物作為原料經(jīng)一步高溫反應(yīng)過(guò)程來(lái)制備這種復(fù)相材料。熱力學(xué)分析表明，按適當(dāng)?shù)谋壤旌箱営⑹脱趸X細(xì)粉并加熱至1500℃以上可以使鋯英石分解產(chǎn)生的SiO₂與Al₂O₃反應(yīng)形成莫來(lái)石。因此采用天然礦物鋯英石為主要原料制備氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相材料可以有效的節(jié)約能源和降低能耗，此外該工藝還可以實(shí)現(xiàn)鋯英石等含鋯非金屬礦物的高效增值利用，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種工藝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低、能源消耗較低、物相純度較高的氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火原料的制備方法。

本發(fā)明涉及一種氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火原料制備的新方法，其特征為：以鋯英石細(xì)粉和鋁源(可以是α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和Al(OH)₃等)為主要原料，外加常溫結(jié)合劑，并將其按一定比例混合，然后經(jīng)制坯、干燥、燒成、冷卻等工藝過(guò)程制備出氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火原料。所制備的氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相耐火原料的主要組成成分有m-ZrO₂、t-ZrO₂和莫來(lái)石等，各物相所占總比例m-ZrO₂+t-ZrO₂+3Al₂O₃·2SiO₂大于96％。這種氧化鋯-莫來(lái)石復(fù)相材料可以作為耐火材料的原料。

所述鋯英石細(xì)粉為市售工業(yè)原料，其質(zhì)量要求為鋯英石純度大于90wt％，其粒度要求為最大粒徑小于500μm。