[發(fā)明專利]納米氧化鋯及氧化鉻復合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410640313.3
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104446537A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 楊德安;盧麗霞;丁春輝;翟通;張弛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/12
• 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(fā)明涉及耐火材料性能改善領域，尤其是納米氧化鋯與氧化鉻復合耐火材料的力學、燒結及抗熱震性能的提高。

背景技術

納米氧化鋯+氧化鉻復合材料作為一種優(yōu)秀的高溫耐火材料，具有優(yōu)異的耐高溫性能、良好的抗無堿玻璃及煤渣侵蝕性、且其在煤灰渣及玻璃液中具有極低的溶解度，是目前無堿玻璃纖維池窯及煤氣氣化爐的關鍵內(nèi)襯材料。致密高鉻磚常被用于無堿玻纖池窯與玻璃液直接接觸的窯爐的關鍵部位，如流液洞、池壁、鼓泡磚、加料口、池底及主通路池壁，大約占整個池窯耐火材料總量的20％以上。在煤氣氣化爐中，由于致密高鉻磚是含鉻致密鋯英石磚的3～4倍的優(yōu)異特性，也常被用作氣化爐的內(nèi)襯材料。但該內(nèi)襯材料的工作環(huán)境惡劣，長期處于高溫的氣液侵蝕狀態(tài)下，經(jīng)受高溫氣體的沖刷及玻璃液或者熔渣的侵蝕滲透。此外，窯爐在升降溫過程中溫度的急劇變化及爐內(nèi)的溫度波動，極其容易致使材料因內(nèi)部熱應力造成材料剝落和開裂，材料自身強度下降，從而大大降低窯爐的使用壽命。

由于ZrO₂的耐侵蝕性能，遠遠優(yōu)于Al₂O₃、莫來石等，僅次于氧化鉻，故用ZrO₂部分添加取代Cr₂O₃，既不會損失復合材料過多的侵蝕性能且又能提高材料的力學性能及抗熱震性能。目前，洛陽耐火材料研究院及NETL等研究者們通過添加微米氧化鋯改善復合材料的性能。然而，隨著納米科技的發(fā)展，人們逐漸將納米技術引入到了耐火材料領域，參見：A.Azhari,F.Golestani-Fard等發(fā)現(xiàn)在鎂鉻耐火材料中引入納米氧化鐵大大改善了材料的燒結性能和力學性能(Journal?of?the?European?Ceramic?Society,2009,29:2679–2684)。Min?Chen，Caiyun?Lu等發(fā)現(xiàn)在鎂鈣耐火材料中引入納米氧化鋯相對微米氧化鋯，其熱震性得到大大改善(Journal?of?the?European?Ceramic?Society,2007,27:4633–4638)。鑒于納米氧化物引入在耐火材料中發(fā)揮的良好的改善作用，如改善了材料的燒結性能、力學性能和抗熱震性能。所以，這里將納米氧化鋯與氧化鉻復合以獲得性能改善的優(yōu)異復合材料，以延長其在窯爐中的在線使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種納米氧化鋯及氧化鉻復合材料的制備方法，本發(fā)明制備方法可以確保生產(chǎn)一種具有高強度，高致密性，良好抗熱震性及能夠長時間穩(wěn)定運行于窯爐內(nèi)部的復合材料。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出的一種納米氧化鋯與氧化鉻復合材料的制備方法，以82～97wt％的顏料級氧化鉻微粉為基體、1～15wt％納米氧化鋯粉為復合劑、3wt％的二氧化鈦微粉為助燒劑，通過球磨分散形成均一分散的漿料，漿料經(jīng)干燥成為粉體后，經(jīng)粘結成型制得納米氧化鋯與氧化鉻復合材料，其具體包括如下步驟：

步驟一、制備分散液：以占氧化鉻微粉、納米氧化鋯粉與二氧化鈦微粉總質(zhì)量的0.9wt％馬來酸-丙烯酸共聚物與占氧化鉻微粉、納米氧化鋯粉與二氧化鈦微粉體總質(zhì)量的0.08wt％三聚磷酸鈉為復合分散劑加入到去離子水中，用氨水調(diào)節(jié)pH到9，得到分散液；

步驟二、制備漿料：將氧化鉻微粉、納米氧化鋯粉和二氧化鈦微粉按照各組分的質(zhì)量百分含量混合后與步驟一得到的分散液混合，球磨6h后得到穩(wěn)定分散的漿料；

步驟三、漿料的干燥：將步驟二得到的漿料于120℃干燥即得混合粉體；

步驟四、成型：向步驟三得到的混合粉體中加入濃度為5wt％的PVA水溶液，在壓力為90～110MPa下制得成型坯體；

步驟五、將步驟四所得成型坯體于550℃脫膠4h，制得生坯；

步驟六、將步驟五所得生坯置于石墨杯中，并用覆蓋劑覆蓋，蓋上蓋板，埋炭燒結，其燒結溫度在1350～1550℃，保溫時間為2.5h；最終得到納米氧化鋯與氧化鉻的復合材料，該納米氧化鋯與氧化鉻的復合材料是納米氧化鋯分布在氧化鉻的晶粒間或被包裹到氧化鉻晶粒內(nèi)的細晶結構，其經(jīng)燒結后體積密度在4.39～5.11g/cm³，氣孔率在0.9％～16.7％之間。

進一步講，納米氧化鋯粉為單斜納米氧化鋯粉，納米氧化鋯粉的平均粒度為50nm，納米氧化鋯粉的純度為99.9％；二氧化鈦的純度為化學純，二氧化鈦的粒度為0.5～0.8μm；所述氧化鉻微粉的中位粒徑為0.8μm。

步驟六中所述埋炭燒結所用覆蓋劑為去活的氧化鋯顆粒粉，該氧化鋯顆粒粉的粒徑為0.6～0.9mm。