[发明专利]一种利用凝胶注模制备致密氧化铬耐火材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料成型领域，尤其涉及一种凝胶注模工艺制备致密氧化铬耐火材料。

背景技术

凝胶注模(gelcasting)是20世纪90年代初期，美国橡树岭国家重点实验室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)的JANNEY和OMATETE发明得一种新的陶瓷成型技术-凝胶注模成型技术。该技术将传统的陶瓷工艺与聚合物化学巧妙地结合起来，是一种新型的制备高品质复杂形状陶瓷件的近净尺寸成型技术。

与其他成型技术相比较，凝胶注模成型技术具有一系列的优点：1)适用范围广，对粉体无特殊要求；2)可实现近净尺寸成型，制备出复杂形状的部件；3)坯体强度高，明显优于传统成型工艺所制的坯体，可进行机械加工；4)坯体有机物含量低；5)坯体和烧结体性能均匀性好；6)工艺过程易控制；7)成本低廉。因此，该成型技术一经提出就成为国内外研究的热点，被应用于制备各种陶瓷部件，特别是制备形状复杂的陶瓷零部件。目前，已被应用于制备碳化硅，氮化硅，二氧化锆，二氧化硅和氧化铝等多种陶瓷材料，是一种发展前景很好的陶瓷成型方法。

致密氧化铬制品是在无碱玻纤池窑拉丝新工艺获得成功的背景下研制出来的。采用这种新工艺生产无碱玻纤所需要的玻璃液不允许含条纹、结石和气泡等缺陷，而且这种玻璃液自身含有数量可观的严重侵蚀耐火材料的熔剂氧化物。因此，要求用于无碱玻纤池窑的窑衬耐火材料必须具有优良的抗侵蚀、抗渗透性、较高的高温强度，以抵抗无碱玻璃液的侵蚀和冲刷，最大限度地提高窑衬的使用寿命。而致密氧化铬制品具有非常好的抗无碱玻璃液侵蚀性能，是致密锆英石砖的10-20倍，使无碱玻纤池窑寿命由最初的几个月延长至现在的5-8年，已成为国际上无碱玻纤池窑通用的热面内衬材料；同时致密氧化铬制品还具有优良的抗钠钙硅玻璃液侵蚀性能。

目前，制备致密氧化铬的主要工艺为等静压成型。这种制备方法需要昂贵的设备，另外，通过等静压制备的复杂形状的制备的各个部位的性质往往不均一。这无疑使得产品的生产和使用带来了不便。因此，需要一种成本低、产品性能好的成型方法来制备致密氧化铬制品，而通过上面的论述，凝胶注模成型具有生产成本低，生坯强度高，可以进行机械加工，制品性能均匀性好等诸多优点。而目前很少有人从事氧化铬凝胶注模的研究，所以这里进行凝胶注模成型致密氧化铬耐火材料的研究工作。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种利用凝胶注模制备致密氧化铬耐火材料的方法，其制备成本低，制备得到的材料性能优良，可用于大规模生产的用于无碱玻纤池窑窑衬的致密氧化铬耐火材料。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种利用凝胶注模制备致密氧化铬耐火材料的方法，该材料是由预混液、氧化铬粉体和二氧化钛粉体构成的陶瓷浆料注膜成型后经过生坯干燥脱脂、素坯高温烧结得到的烧结体构成，其制备步骤如下：

步骤一、配制预混液：按照有机单体丙烯酰胺与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(5-20):1称取有机单体与交联剂，加入去离子水，配制成单体浓度为10-30wt％的溶液A，在溶液A中加入分散剂形成溶液B，其中分散剂的加入量为氧化铬粉体和二氧化钛粉体总质量的0.2-0.7wt％，充分搅拌均匀后，用浓氨水将溶液B的pH值调节为8-11，至此得到预混液；

步骤二、配制陶瓷浆料：将步骤一配制的预混液和氧化铬粉体及二氧化钛粉体混合，其中，氧化铬粉体与二氧化钛粉体的重量百分比为97：3，球磨4-10h后得到固相含量为46-52vol％的陶瓷浆料；

步骤三、注模成型：依次向由步骤二配制好的陶瓷浆料中加入催化剂四甲基乙二胺和引发剂过硫酸铵，其中，催化剂的加入量为引发剂加入量的二倍，引发剂加入量为氧化铬粉体和二氧化钛粉体总质量的0.09-0.25wt％，充分搅拌均匀后注入模具中，在40-70℃下发生聚合反应1-3h，使得陶瓷浆料凝胶固化，脱模后得到生坯；

步骤四、生坯干燥脱脂：将步骤三得到的生坯进行分步干燥，500-600℃脱脂1-3h后得到素坯；

步骤五、素坯高温烧结：将步骤四得到的素坯在氮气气氛下进行烧结，烧结温度为1400-1550℃，保温时间为1-3h，最终的烧结体即可致密氧化铬耐火材料。

本发明测试表征手段如下：

陶瓷浆料流变性分析：采用Rheologica Instruments AB(StressTech)型旋转流变仪，测试稳定25℃，剪切速率范围为0-500s^-1。