[發明專利]一種利用納米氧化鋯增韌的高鉻耐火材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410640315.2
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104355637A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 楊德安;盧麗霞;丁春輝;翟通
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/12;C04B35/622
• 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增韌領域，尤其涉及一種納米氧化鋯增韌的高鉻耐火材料及其制備。

背景技術

高鉻材料由于其自身良好的高溫性能、氧化鉻本身在灰渣和玻璃中的低溶解度、以及其顯著的耐侵蝕性能，常被用作無堿玻璃纖維窯爐及煤氣氣化爐的關鍵內襯材料。該內襯材料的工作環境惡劣，長期處于高溫的氣液侵蝕狀態下，經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的溫度波動，極其容易致使材料因內部熱應力造成材料剝落和開裂，從而大大降低窯爐的使用壽命。

由于氧化鉻本身燒結后顆粒與顆粒直接接觸，不存在液相，氧化鉻材料本身抗熱震性較差。而氣化爐和窯爐均需要材料本身具有較好的抗熱震性，從而減少因停爐熱修，重砌乃至低窯爐壽命造成的龐大經濟損失。因此，很多研究致力于提高高鉻材料的抗熱震性。提高高鉻材料的抗熱震性，目前主要報道有以下三種方式：添加粗顆粒氧化鉻形成顆粒級配提高熱震；增大氣孔率提高抗熱震性；添加其他耐侵蝕的氧化物，如氧化鋯、氧化鈦、氧化鋁及氧化鎂等。粗晶結構和較大的氣孔率將會使為熔渣和玻璃液的侵蝕預留了通路會大大降低材料的抗侵蝕性。而添加耐火度相當的氧化物則受到更大的青睞。氧化鋁的添加會與氧化鉻形成固溶體促進燒結致密化并提高材料強度及抗熱震性，氧化鎂添加與氧化鉻形成鎂鉻尖晶石也能提高抗熱震性，但這兩種方式對致密度的提高幅度均有限，產生的鎂鉻尖晶石其抗侵蝕性與氧化鉻本身相差較大。故添加單斜氧化鋯，利用氧化鋯自身特性增韌是一種較為被大家認同的方法。

目前，洛陽耐火材料研究院及NETL等研究者們通過添加微米級氧化鋯來增韌氧化鉻耐火材料。隨著納米科技的發展，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等發現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等發現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，這里將納米氧化鋯引入到高鉻材料中以提高高鉻材料的性能的研究具有重要意義。

發明內容

本發明旨在提供一種利用納米氧化鋯增韌的高鉻耐火材料的制備方法，可以獲得一種具有較高致密性和抗熱震性的高鉻材料，以確保生產一種具有良好抗熱震性不容易開裂，能夠長時間穩定運行于窯爐內部的高鉻材料。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種利用納米氧化鋯增韌的高鉻耐火材料的制備方法，以91～97wt％顏料級氧化鉻微粉為基體、1～6wt％納米氧化鋯粉為添加劑、3wt％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，漿料經干燥成為粉體后，經粘結成型制得Cr₂O₃-ZrO₂-TiO₂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，用氨水調節pH為3～11，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75～120MPa下壓制為成型坯體；

步驟五、將步驟四所得成型坯體于550℃脫膠4h，制得生坯；