[发明专利]塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学特种耐火材料领域。具体涉及一种塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法。

背景技术

氧化锆(ZrO₂)材料属于新型耐火材料，由于它具有熔点高，耐热性、耐侵蚀性优良等十分优异的物理、化学性能，不仅在科研领域已经成为研究热点，而且在工业生产中也得到了广泛的应用，是耐火材料、高温结构材料及电子材料的重要原料。在各种金属氧化物陶瓷材料中，ZrO₂的高温热稳定性、隔热性能最好，最适宜做陶瓷涂层和高温耐火制品；ZrO₂的热导率在常见的陶瓷材料中最低，而热膨胀系数又与金属材料较为接近，成为重要的结构陶瓷材料；特殊的晶体结构，使之成为重要的电子材料；ZrO₂的相变增韧等特性，成为塑性陶瓷材料的宠儿；良好的机械性能和热物理性能，使它能够成为金属基复合材料中性能优异的增强相。但其大的热膨胀系数(8×10^-6K^-1，20～1000℃)和热导率低(λ＝16.8W·m^-1·K^-1)从而使得氧化锆材料在热震作用过程中容易产生较大的热应力，使得其抗热震性能降低。现代科学技术的发展，对材料的要求愈来愈严格，抗热震性是衡量高温工程材料性能好坏的重要指标之一，因此急需一种能提高氧化锆抗热震性优良的材料。

氧化物与非氧化物复合工艺是提高材料抗热震性的有效办法，在氧化物基质中引入非氧化物，可以明显提高材料的抗热震性。如在ZCM(锆刚玉莫来石)基质中加入非氧化物BN等以后，其临界热震温差显著提高。如赵海雷等在锆刚玉莫来石中引入30％BN，使材料临界热震温差ΔT_c由400℃增大到700℃；张玉峰等在Y-TZP基体材料中引入一定量的SiC晶须，使得SiC晶须/Y-TZP复合材料的抗热震性得到明显的改善。β-Sialon是塞隆系列材料中抗氧化性能、耐高温性能和热稳定行最佳的一种固溶体，β-Sialon的线膨胀系数为2～3×10^-6(1/℃)，热导率为22(20℃)/W(mK)^-1。茹红强等在研究Sialon/Al₂O₃复相材料的合成工艺与性能中，发现复相材料的抗热震稳定性随Sialon相含量增加而提高。将β-Sialon与氧化锆复合，有望能提高氧化锆的抗热震性能。迄今还未见有将塞隆引入氧化锆制备耐火材料的报道。

本发明将β-Sialon与氧化锆复合制备塞隆结合氧化锆耐火材料，与未引入β-Sialon的空白样品比较，该耐火材料具有强度高、热膨胀系数小、抗热震性好等优点。本发明可为我国玻璃熔制、钢铁及有色金属冶金等领域提供一种新型高温结构材料，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种制备塞隆结合氧化锆耐火材料的方法。与普通的氧化锆材料相比，所制备的塞隆结合氧化锆耐火材料其抗折强度与抗热震稳定性(还原气氛下)显著提高。

本发明的技术方案与技术特征为：

该耐火材料所用原料以及原料的重量百分比为：氧化锆细粉70～95wt％，塞隆细粉5～30wt％。该耐火材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体烧成。

该耐火材料所用氧化锆细粉为CaO部分稳定氧化锆细粉，氧化锆细粉的粒径为5～58μm，氧化锆细粉纯度为＞98wt％。

该耐火材料所用塞隆细粉为Z值1～3的β-Sialon细粉，β-Sialon细粉的粒径为1～27μm，β-Sialon细粉纯度的重量百分比为75～88wt％。

该耐火材料所用坯料的制备方法是：将氧化锆细粉与塞隆细粉按配比计量后干混，之后在不断搅拌状态下逐步加入质量浓度2％的聚乙烯醇溶液结合剂7％(重量百分比，外加)，继续搅拌2～5分钟后置于密闭塑料袋中困料，经12～24小时困料后获得可供压力成型的坯料。

该耐火材料的坯体成型方法是：将上述混合均匀并经困料的坯料采用压力机成型为坯体，坯体成型压强≥100MPa。

该耐火材料的坯体干燥方法是：将成型后坯体在20℃室温干燥1～3小时，之后在60℃～90℃干燥1～2小时，最后经100℃干燥1～2小时获得供烧成的干燥坯体。