专利名称：塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法
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(&02)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，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； &02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；&02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(SXKr6IT1JO iooo°c )和热导率低(λ = 16. Sff.m^.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ΔΤ。由400°C增大到700°C ；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 X 10-6(1/°C )，热导率为22 (200C VWOnK)-1。茹红强等在研究SialonAl2O3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 58 μ m，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 27 μ m，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勻并经困料的坯料采用压力机成型为坯体，坯体成型压强彡IOOMPa0该耐火材料的坯体干燥方法是将成型后坯体在20°C室温干燥1 3小时，之后在60°C 90°C干燥1 2小时，最后经100°C干燥1 2小时获得供烧成的干燥坯体。该耐火材料的坯体烧成方法是干燥后的坯体在氮气气氛下于高温炉中以5°C / min的升温速度加热到1450 1550°C高温烧成，保温2 3小时后在氮气保护下自然冷却到室温获得塞隆结合氧化锆耐火材料。
具体实施例方式实施例1将5wt %的β -Sialon (Ζ = 3)与95wt %的CaO部分稳定氧化锆细粉混和，经搅拌后成型，成型后的坯体在氮气气氛下于高温管式电阻炉中以5°C /min的升温速度加热到 1450°C、保温2h，最后在氮气保护下自然冷却到室温。该耐火材料的抗折强度为40. 76MPa ；热膨胀率为0. 42%，经1次热震后的残余抗折强度为35. 24MPa，而未引入塞隆的空白氧化锆样品的抗折强度为16. 15MPa ；热膨胀率为 0. 78%，经1次热震后的残余抗折强度为10. 55MPa。可见引入塞隆的耐火材料强度高、热膨胀率低、抗热震性能好。实施例2将IOwt %的β -Sialon (Ζ = 3)与90衬％的CaO部分稳定氧化锆细粉混和，经搅拌后成型，成型后的坯体在氮气气氛下于高温管式电阻炉中以5°C /min的升温速度加热到 1500°C、保温2h，最后在氮气保护下自然冷却到室温。该耐火材料的抗折强度为68. 70MPa ；热膨胀率为0. 6%，经1次热震后的残余抗折强度为38. 85MPa，而未引入塞隆的空白氧化锆样品的抗折强度为16. 15MPa ；热膨胀率为 0. 78%，经1次热震后的残余抗折强度为10. 55MPa。可见引入塞隆的耐火材料强度高、热膨胀率低、抗热震性能好。实施例3将IOwt %的β -Sialon (Ζ = 1)与90衬％的CaO部分稳定氧化锆细粉混和，经搅拌后成型，成型后的坯体在氮气气氛下于高温管式电阻炉中以5°C /min的升温速度加热到 1500°C、保温2h，最后在氮气保护下自然冷却到室温。
该耐火材料的抗折强度为45. 2IMPa ；热膨胀率为0. 55%，经1次热震后的残余抗折强度为27. 13MPa，而未引入塞隆的空白氧化锆样品的抗折强度为16. 15MPa ；热膨胀率为 0. 78%，经1次热震后的残余抗折强度为10. 55MPa。可见引入塞隆的耐火材料强度高、热膨胀率低、抗热震性能好。
权利要求
1.本发明为塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于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 95%，塞隆细粉5 30%。该耐火陶瓷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。
2.如权利要求1所述的塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于所用氧化锆细粉为CaO部分稳定氧化锆细粉，氧化锆细粉的粒径为5 58 μ m，氧化锆细粉纯度为> 98wt%。
3.如权利要求1所述的塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于所用塞隆细粉为Z值1 3的β -Sialon细粉，β -Sialon细粉的粒径为1 27 μ m，β -Sialon细粉纯度为75 88wt%。
4.如权利要求1所述的塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于坯料制备的方法是将塞隆细粉与氧化锆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。
5.如权利要求1所述的塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于坯体成型方法是将上述混合均勻并经困料的坯料采用压力机成型为坯体，坯体成型压强> IOOMPa0
6.如权利要求1所述的塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于坯体干燥方法是将成型后坯体在20°C室温干燥1 3小时，之后在60°C 90°C干燥1 2小时，最后经100°C干燥1 2小时获得供烧成的干燥坯体。
7.如权利要求1所述的塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，其特征在于坯体烧成方法是干燥后的坯体在氮气气氛下于高温炉中以5°C /min的升温速度加热到1450 1550°C高温烧成，保温2 3小时后在氮气保护下自然冷却到室温获得塞隆结合氧化锆耐火材料。
全文摘要
本发明涉及一种塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，属高温结构材料领域。该耐火材料所用原料以及原料重量百分比为氧化锆细粉70～95wt％，塞隆细粉5～30wt％。其制备方法是将氧化锆细粉、塞隆细粉干混后加入聚乙烯醇溶液结合剂湿混，之后经困料后获得坯体成型用坯料。坯体采用压力机成型，成型压强为≥100MPa。干燥后坯体在氮气气氛下于高温炉中以5℃/min升温速度加热至1450～1550℃，保温2～3小时烧成，在氮气保护下自然冷却到室温获得塞隆结合氧化锆耐火材料。该耐火材料强度高、热膨胀率小、抗热震性能好。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。
文档编号C04B35/48GK102503488SQ201110348410
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者何永武, 卜景龙, 王志发, 王瑞生, 赵君红, 魏恒勇, 魏颖娜 申请人:河北联合大学