[發明專利]一種利用凝膠注模制備致密氧化鉻耐火材料的方法

有效

• 申請號: 201410623474.1
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104311089A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 楊德安;丁春輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/12;C04B35/634
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及耐火材料成型領域，尤其涉及一種凝膠注模工藝制備致密氧化鉻耐火材料。

背景技術

凝膠注模(gelcasting)是20世紀90年代初期，美國橡樹嶺國家重點實驗室(Oak?Ridge?National?Laboratory，ORNL)的JANNEY和OMATETE發明得一種新的陶瓷成型技術-凝膠注模成型技術。該技術將傳統的陶瓷工藝與聚合物化學巧妙地結合起來，是一種新型的制備高品質復雜形狀陶瓷件的近凈尺寸成型技術。

與其他成型技術相比較，凝膠注模成型技術具有一系列的優點：1)適用范圍廣，對粉體無特殊要求；2)可實現近凈尺寸成型，制備出復雜形狀的部件；3)坯體強度高，明顯優于傳統成型工藝所制的坯體，可進行機械加工；4)坯體有機物含量低；5)坯體和燒結體性能均勻性好；6)工藝過程易控制；7)成本低廉。因此，該成型技術一經提出就成為國內外研究的熱點，被應用于制備各種陶瓷部件，特別是制備形狀復雜的陶瓷零部件。目前，已被應用于制備碳化硅，氮化硅，二氧化鋯，二氧化硅和氧化鋁等多種陶瓷材料，是一種發展前景很好的陶瓷成型方法。

致密氧化鉻制品是在無堿玻纖池窯拉絲新工藝獲得成功的背景下研制出來的。采用這種新工藝生產無堿玻纖所需要的玻璃液不允許含條紋、結石和氣泡等缺陷，而且這種玻璃液自身含有數量可觀的嚴重侵蝕耐火材料的熔劑氧化物。因此，要求用于無堿玻纖池窯的窯襯耐火材料必須具有優良的抗侵蝕、抗滲透性、較高的高溫強度，以抵抗無堿玻璃液的侵蝕和沖刷，最大限度地提高窯襯的使用壽命。而致密氧化鉻制品具有非常好的抗無堿玻璃液侵蝕性能，是致密鋯英石磚的10-20倍，使無堿玻纖池窯壽命由最初的幾個月延長至現在的5-8年，已成為國際上無堿玻纖池窯通用的熱面內襯材料；同時致密氧化鉻制品還具有優良的抗鈉鈣硅玻璃液侵蝕性能。

目前，制備致密氧化鉻的主要工藝為等靜壓成型。這種制備方法需要昂貴的設備，另外，通過等靜壓制備的復雜形狀的制備的各個部位的性質往往不均一。這無疑使得產品的生產和使用帶來了不便。因此，需要一種成本低、產品性能好的成型方法來制備致密氧化鉻制品，而通過上面的論述，凝膠注模成型具有生產成本低，生坯強度高，可以進行機械加工，制品性能均勻性好等諸多優點。而目前很少有人從事氧化鉻凝膠注模的研究，所以這里進行凝膠注模成型致密氧化鉻耐火材料的研究工作。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種利用凝膠注模制備致密氧化鉻耐火材料的方法，其制備成本低，制備得到的材料性能優良，可用于大規模生產的用于無堿玻纖池窯窯襯的致密氧化鉻耐火材料。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種利用凝膠注模制備致密氧化鉻耐火材料的方法，該材料是由預混液、氧化鉻粉體和二氧化鈦粉體構成的陶瓷漿料注膜成型后經過生坯干燥脫脂、素坯高溫燒結得到的燒結體構成，其制備步驟如下：

步驟一、配制預混液：按照有機單體丙烯酰胺與交聯劑N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺的質量比為(5-20):1稱取有機單體與交聯劑，加入去離子水，配制成單體濃度為10-30wt％的溶液A，在溶液A中加入分散劑形成溶液B，其中分散劑的加入量為氧化鉻粉體和二氧化鈦粉體總質量的0.2-0.7wt％，充分攪拌均勻后，用濃氨水將溶液B的pH值調節為8-11，至此得到預混液；

步驟二、配制陶瓷漿料：將步驟一配制的預混液和氧化鉻粉體及二氧化鈦粉體混合，其中，氧化鉻粉體與二氧化鈦粉體的重量百分比為97：3，球磨4-10h后得到固相含量為46-52vol％的陶瓷漿料；

步驟三、注模成型：依次向由步驟二配制好的陶瓷漿料中加入催化劑四甲基乙二胺和引發劑過硫酸銨，其中，催化劑的加入量為引發劑加入量的二倍，引發劑加入量為氧化鉻粉體和二氧化鈦粉體總質量的0.09-0.25wt％，充分攪拌均勻后注入模具中，在40-70℃下發生聚合反應1-3h，使得陶瓷漿料凝膠固化，脫模后得到生坯；

步驟四、生坯干燥脫脂：將步驟三得到的生坯進行分步干燥，500-600℃脫脂1-3h后得到素坯；

步驟五、素坯高溫燒結：將步驟四得到的素坯在氮氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為1400-1550℃，保溫時間為1-3h，最終的燒結體即可致密氧化鉻耐火材料。

本發明測試表征手段如下：

陶瓷漿料流變性分析：采用Rheologica?Instruments?AB(StressTech)型旋轉流變儀，測試穩定25℃，剪切速率范圍為0-500s^-1。