[发明专利]高温抗热震性镁铝尖晶石-氧化锆复相材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温抗热震性镁铝尖晶石-氧化锆复相材料及其制备方法，属无机非金属材料技术领域。该镁铝尖晶石-氧化锆复相材料具有高抗侵蚀性和高温抗热震性等优异性能。

背景技术

传统的抗热震性耐火材料的研究比较广泛，常用的耐火材料体系有：莫来石体系，长期使用温度为1400℃至室温环境中，常温耐压强度大于2.5MPa，导热系数（350℃）低于0.2W·m^-2·K^-1，在水冷条件下测试抗热震性能，于1400℃冷却至室温，循环8次后无开裂现象，主要应用于保温和抗热震环境中；部分稳定氧化锆体系，稳定剂较多选用2.5～6mol%Y₂O₃或6～8.5mol%MgO，长期使用温度为1600℃至室温环境中，具有较好的抗热震性能，在风冷条件下测试抗热震性能，于1600℃冷却至室温，循环5次后仍具有4.7MPa·m^1/2的断裂韧性；还有镁铬复相耐火材料体系，镁铝尖晶石体系等等；这些材料均具有优良的抗热震性能。然而在某些特殊的窑炉内，铺设内衬材料时不仅需要考虑抗热震性，还需要考虑腐蚀气氛对内衬的冲蚀，因而选择内衬材料时就会有一定的困难。抗热震性能好的材料往往结构疏松、不致密、耐冲蚀性能差，而耐冲蚀性能好的材料往往比较致密，其抗热震性能会有所下降。因此，高温特殊腐蚀环境对材料的性能要求十分苛刻。

中国专利CN102145995A公开了一种具有高抗侵蚀性、高抗热震性的RH炉用镁锆砖及其生产工艺，这种发明以质量百分比为MgO76～90%，ZrO₂5～21%，添加剂为CaO0.6～1.0%和Y₂O₃0.3～1.0%，在1680～1840℃烧成，制备的材料其体积密度大于3.20g/cm³，常温耐压强度高于50MPa，在水冷条件下测试抗热震性能，于1100℃冷却至室温，循环7次后无开裂现象。同样，中国专利CN1284487A公开了一种反应烧结产物为结合相的氧化锆-莫来石复相耐火材料及制备方法，以ZrO₂和莫来石为原料，其质量比为36.6:63.4，在1600～1700℃烧成，制备的材料其体积密度为3.39g/cm³，相对密度大于88%，常温抗压强度为200MPa，在ΔT=1200℃水冷环境下测试抗热震性能，热震后残存强度达到60%。同样，中国专利CN1657485A公开了一种烧结镁质复相耐火材料，以镁铁砂、镁砂、镁铝尖晶石、脱硅锆、氧化镧为原料，所述各种原料中物料粒度为6～1mm的占总质量比为50～60%，1～0.088mm的占总质量比为10～20%，小于0.088mm的占总质量比为25～38%，在1600～1750℃烧成，制备的材料其体积密度为3.1g/cm³，常温耐压强度为53MPa，在水冷条件下测试抗热震性能，于1100℃冷却至室温，循环7次后无开裂现象。类似的专利还有美国专利US20120115709A1、US20120178612A1和国际专利WO2012172316A2等。以上专利所制备的复相材料均呈现出良好的抗热震性能，但大多数的热震试验是在水冷或风冷条件下，于1100℃急冷至室温，而未见有关高温阶段的热震性能的研究或报道，如1800～1200℃循环热震。因此，目前所使用或研制的耐火材料，不能满足特定高温和腐蚀条件的要求，例如航天所需要的超高温抗热震涂层材料，核反应堆所需要的抗高温蒸汽长期腐蚀的包壳材料，工业炉窑内衬表面所需要的表面保护耐火耐蚀涂料和高温精炼炉所需要的高温抗热震，抗侵蚀性能优良的内衬材料等。

发明内容

本发明目的在于提供一种高温抗热震性镁铝尖晶石-氧化锆复相材料及其制备方法，这种复相材料不仅具有较好的高温强度而且有较高的高温抗热震性和抗侵蚀性能。