[发明专利]一种体积稳定的高纯氧化锆耐火制品

说明书

本发明属于耐火材料领域，提出一种高纯氧化锆耐火材料制品。提出的一种体积稳定的高纯氧化锆耐火制品由大颗粒、细小颗粒和粉料构成；大颗粒为电熔稳定氧化锆颗粒，占整个耐火制品总质量的50%～65%，细小颗粒为烧结氧化锆颗粒，占整个耐火制品总质量的15%～30%，粉料中可含有稳定剂和造孔剂；所述的体积稳定的高纯氧化锆耐火制品是一种常温下具有一定形状的耐火材料，其经过了最高烧成温度为1600~1800℃的高温氧化气氛下的热处理。本发明具有使用温度高、热导率适中、力学强度高的特点，高温下兼有保温和结构支撑功能，是超高温节能领域使用的一种高性能耐火材料。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种高纯氧化锆耐火材料制品。

背景技术

二氧化锆熔点高达2715℃，以其为主要原料制备的氧化锆耐火材料具有高温下化学性质稳定、使用温度超高（可达2400℃以上）、氧化或还原气氛下均可使用等诸多优点，是目前可工业化生产和应用的最为成熟的超高温领域用耐火材料。

除作为超高温领域的反应器皿，氧化锆耐火材料在超高温领域的另一主要用途是保温隔热。与钨钼等超高温金属材料相比，氧化锆耐火材料的热导率不及其十分之一，如在蓝宝石晶体生长炉、难熔钨钼合金烧结炉内常用氧化锆耐火材料为隔热内衬。隔热用氧化锆耐火材料通常是以含有稳定剂的氧化锆的颗粒构成的骨料和以氧化锆为主要原料的细粉、微粉等构成的基质组成的，经液体粘稠状临时性结合剂结合，压制成型后，经高温烧成的耐火制品。

目前氧化锆耐火材料按照隔热性能基本可分为3大类：1）氧化锆纤维制品，其以氧化锆晶体纤维为原料与高温粘结剂混合，经成型后中高温热处理而成，热导率极低（约0.2W/(m·K)@1000℃），机械强度低(常温耐压强度约1 MPa)，在1700℃~2000℃使用，具有极好的保温隔热性能，高温使用中会产生进一步的物理化学变化，重烧线变化率大，在高于2000℃高温环境下长期使用会出现明显的粉化和收缩，严重影响炉衬结构的安全性和炉衬长期使用的隔热效果。2）高纯氧化锆空心球隔热制品，其以3mm以下电熔氧化锆空心球和氧化锆细粉混合后成型，经高温烧制而成，具有热导率低（约0.6 W/(m·K)@1100℃）、机械强度较高(常温耐压强度约5 MPa)的特点，是1800℃~2100℃较好的保温隔热材料；但氧化锆空心球为电熔喷吹工艺制备，空心球晶粒尺寸大、表面光洁、烧结活性差，因而氧化锆空心球与氧化锆细粉的结合紧密性差，即使很高的烧成温度下氧化锆空心球与氧化锆基质的结合强度较低，导致氧化锆空心球含量比例越高，常温和高温下的机械强度越低，超高温下使用易产生开裂，机械强度陡降，对炉衬结构造成安全隐患。 3）重质氧化锆制品，其以电熔稳定氧化锆颗粒和细粉为原料，成型后经高温烧制，具有超高温下体积稳定性好、机械强度高（常温耐压强度大于30MPa）、热导率高（约2.0 W/(m·K)@1200℃）的特点，目前可用于2200℃~2500℃超高温环境的反应衬里和保温衬里。

重质氧化锆制品通常是以粒度0.2~3mm、密度≥5.6g/cm³电熔稳定氧化锆颗粒为骨料，以粒度≤0.043mm、密度≥5.6g/cm³的电熔稳定氧化锆细粉为基质，添加少量氧化锆微粉为促烧剂，与结合剂混合均匀后，采用机压、等静压、捣打等成型工艺制备一定形状坯体，干燥后经高温烧制，制备密度约4.3~5.0 g/cm³氧化锆制品。该制品中所用原料电熔稳定氧化锆是一种高温电熔法生产的致密原料，它是将单斜氧化锆粉料和稳定剂粉料混匀后在三相电弧炉内经3000℃左右的高温，使氧化锆和稳定剂充分熔融和溶解，熔体冷却后经破碎、筛分、除杂等工序，即得电熔稳定氧化锆颗粒或细粉。电熔稳定氧化锆颗粒具有结构致密，热导率高，高温下力学强度高、收缩变形小。以电熔氧化锆致密颗粒为原料制备的重质氧化锆砖具有超高温环境下强度高、体积稳定性好的优点。但是重质氧化锆制品作为炉衬时保温效果差、热损失严重，对超高温设备的节能和轻便化极为不利。如何保证氧化锆耐火制品既具有很好的高温强度和结构稳定性，又是能使其热导率较低、保温性能好，提高氧化锆耐火材料在超高温隔热中的使用性能，解决氧化锆材料的化学纯度、密度、强度、热导率以及体积稳定性等性能的协同控制是其关键。