[发明专利]一种部分稳定氧化锆原料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种部分稳定氧化锆原料及其制备方法。其技术方案是：先按天然锆英石∶铝矾土∶萤石的质量比为100∶(300~400)∶(85~90)，将天然锆英石、铝矾土和萤石加入搅拌机中，混合20~30分钟，得到混合料。再将所述混合料置入真空电弧炉中，升温至1600~1650℃，保温20~30分钟；然后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎，即得部分稳定氧化锆原料。其中：所述天然锆英石的ZrSiO₄含量≥94wt%；所述铝矾土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥70wt%，SiO₂含量为15~20wt%；所述萤石的CaF₂含量≥94wt%；所述真空电弧炉的真空度≤0.02Pa。本发明工艺简单和生产成本低。所制备的部分稳定氧化锆原料纯度高、烧结性能好和亚稳态氧化锆含量高。

技术领域

本发明属于氧化锆技术领域。具体涉及一种部分稳定氧化锆原料及其制备方法。

背景技术

氧化锆（ZrO₂）主要以斜锆石和锆英石赋存于自然界中，是一种优质的功能/结构陶瓷与耐火原料，具有熔点高（2700℃）、硬度大（莫氏硬度8.0~8.5）和抗玻璃态熔渣侵蚀能力强等特点，尤其是ZrO₂同质异构的马氏体相变，能有效提升材料的强度与韧性，故广泛应用于有色、冶金和玻璃等高温材料领域。

目前，制备氧化锆原料的方法主要包括化学法、烧结法和电熔法。

采用化学法制备氧化锆，主要以含锆盐（如四氯化锆、氧氯化锆、氢氧化锆、含锆醇盐等）通过水热法或沉淀法，并添加适量分散剂、表面活性剂等，经一定温度老化/胶凝，制得高纯氧化锆。但采用化学法制备氧化锆，其工艺过程复杂、成本较高，不利于工业化生产。

采用烧结法制备氧化锆，主要以天然斜锆石或锆英石等矿物为原料，经拣选、除杂和成型等工艺后高温烧成。但采用烧结法制备氧化锆，其晶粒尺寸较小，晶粒发育不完全，晶格缺陷较多，尤其氧化锆的马氏体相变易导致坯体开裂而难以烧结致密。

采用电熔法制备氧化锆，主要以天然含锆矿物、强碱和卤化铵盐为原料，如“一种电熔氧化锆的制备方法”（201410738328.3）、“一种高纯度电熔氧化锆的制备方法”（201410735449.2）和“一种电熔氧化锆生产工艺”（201310021565.3）等，所述技术经碳素还原脱硅后提纯，进而制得高纯氧化锆。采用电熔法制备氧化锆，其纯度高、晶粒生长发育好（田丰.“电熔氧化锆粉体的制备与性能研究”，浙江大学硕士学位论文，2012），但脱硅处理过程中引入的碳素还原剂一方面增大了氧化锆的制备成本；另一方面，碳素还原剂的引入易产生新的有害杂质相（如SiC、Al₄C₃等），降低了氧化锆的纯度。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单和生产成本低的部分稳定氧化锆原料的制备方法。用该方法所制备的部分稳定氧化锆原料纯度高、烧结性能好和亚稳态氧化锆含量高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先按天然锆英石∶铝矾土∶萤石的质量比为100∶(300~400)∶(85~90)，将天然锆英石、铝矾土和萤石加入搅拌机中，混合20~30分钟，得到混合料。再将所述混合料置入真空电弧炉中，升温至1600~1650℃，保温20~30分钟；然后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎，即得部分稳定氧化锆原料。

所述天然锆英石的ZrSiO₄含量≥94wt%。

所述铝矾土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥70wt%；SiO₂含量为15~20wt%。

所述萤石的CaF₂含量≥94wt%。

所述真空电弧炉的真空度≤0.02Pa。