本发明属于锆酸钙材料技术领域。具体涉及一种高纯锆酸钙材料及其制备方法。
背景技术：
锆酸钙（CaZrO3）是CaO与ZrO2在高温条件下化合形成的一类固溶体，具有熔点高、耐腐蚀和机械强度大等一系列有点，广泛应用于结构陶瓷、功能材料和耐火材料等领域。
目前，锆酸钙的制备方法主要包括烧结法和电熔法（夏溦，锆酸钙材料的合成研究，辽宁科技大学硕士学位论文，2014）。
采用烧结法制备锆酸钙，一般以ZrO2和Ca(OH)2或CaCO3等为原料（游杰刚，等.“二氧化硅对锆酸钙材料结构及性能的影响”，《人工晶体学报》，2014，43(5)：pp1280~1285），辅以适量SiO2、Al2O3等为添加剂（游杰刚，等.“氧化铝对锆酸钙材料组成和结构的影响”，《材料热处理学报》，2014，35(5)：pp39~43），利用固相反应制备锆酸钙。采用烧结法制备锆酸钙材料，其固相反应的温度较低，易导致晶粒生长发育不完全，缺陷较多，尤其添加剂的引入大大降低了锆酸钙材料的纯度，进而影响锆酸钙材料的高温性能。
采用电熔法制备锆酸钙材料，一般以天然锆英石或斜锆石等为主要锆源，结合石灰石、熟石灰或白云石等为钙源，辅以助熔剂和稳定剂等，在高温电炉中熔融制备大结晶和高纯度的锆酸钙材料。采用电熔法制备锆酸钙材料，其工艺过程复杂，尤其助熔剂、稳定剂和抑制剂等增大了锆酸钙材料的制备成本，同时也降低了锆酸钙材料的纯度。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和成本低廉的高纯锆酸钙材料的制备方法，用该方法所制备的高纯锆酸钙材料的结晶好、纯度高和锆酸钙转化率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：按天然锆英石∶硅微粉的质量比为(3.15~3.20)∶1配料，将所述锆英石和所述硅微粉加入搅拌机中，搅拌0.2~0.3小时，得到混合料。再将所述混合料加入电弧炉中，升温至1535~1670℃，保温20~30分钟；然后向所述电弧炉中加入石灰石，升温至1960~2010℃，保温20~30分钟。最后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，即得高纯锆酸钙材料。
所述石灰石与所述混合料的质量比为(1.8~2.0)∶1。
所述天然锆英石的ZrSiO4含量≥92wt%；所述锆英石的粒度为0.1~1mm。
所述硅微粉的SiO2含量≥95wt%；所述硅微粉的粒度为0.064~0.088mm。
所述石灰石的CaCO3含量≥95wt%；所述石灰石的粒度为0.12~0.15mm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明采用天然锆英石、硅微粉和石灰石为原料，且不引入其他组分的助熔剂等，原料来源丰富，工艺过程简单，降低了高纯锆酸钙材料的生产成本。
2、本发明利用原料组分的直接结合与固溶反应，提高了锆酸钙材料的纯度和晶粒度，增大了锆酸钙的转化率。
本发明所制备的高纯锆酸钙材料经检测：锆酸钙转化率为95~98%；晶粒度为4~7μm。
因此，本发明具有工艺简单和成本低廉的特点；所制备的高纯锆酸钙材料的结晶好、纯度高和锆酸钙转化率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述天然锆英石的ZrSiO4含量≥92wt%；所述锆英石的粒度为0.1~1mm。
所述硅微粉的SiO2含量≥95wt%；所述硅微粉的粒度为0.064~0.088mm。
所述石灰石的CaCO3含量≥95wt%；所述石灰石的粒度为0.12~0.15mm。
实施例1
一种高纯锆酸钙材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：按天然锆英石∶硅微粉的质量比为(3.15~3.17)∶1配料，将所述锆英石和所述硅微粉加入搅拌机中，搅拌0.2~0.3小时，得到混合料。再将所述混合料加入电弧炉中，升温至1535~1589℃，保温20~30分钟；然后向所述电弧炉中加入石灰石，升温至1960~1980℃，保温20~30分钟。最后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，即得高纯锆酸钙材料。
所述石灰石与所述混合料的质量比为(1.8~1.88)∶1。
本实施例制备的高纯锆酸钙材料经检测：锆酸钙转化率为95~97%；晶粒度为4~6μm。
实施例2
一种高纯锆酸钙材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：按天然锆英石∶硅微粉的质量比为(3.16~3.18)∶1配料，将所述锆英石和所述硅微粉加入搅拌机中，搅拌0.2~0.3小时，得到混合料。再将所述混合料加入电弧炉中，升温至1562~1616℃，保温20~30分钟；然后向所述电弧炉中加入石灰石，升温至1970~1990℃，保温20~30分钟。最后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，即得高纯锆酸钙材料。
所述石灰石与所述混合料的质量比为(1.84~1.92)∶1。
本实施例制备的高纯锆酸钙材料经检测：锆酸钙转化率为95~97%；晶粒度为4~6μm。
实施例3
一种高纯锆酸钙材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：按天然锆英石∶硅微粉的质量比为(3.17~3.19)∶1配料，将所述锆英石和所述硅微粉加入搅拌机中，搅拌0.2~0.3小时，得到混合料。再将所述混合料加入电弧炉中，升温至1589~1643℃，保温20~30分钟；然后向所述电弧炉中加入石灰石，升温至1980~2000℃，保温20~30分钟。最后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，即得高纯锆酸钙材料。
所述石灰石与所述混合料的质量比为(1.88~1.96)∶1。
本实施例制备的高纯锆酸钙材料经检测：锆酸钙转化率为96~98%；晶粒度为5~7μm。
实施例4
一种高纯锆酸钙材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：按天然锆英石∶硅微粉的质量比为(3.18~3.20)∶1配料，将所述锆英石和所述硅微粉加入搅拌机中，搅拌0.2~0.3小时，得到混合料。再将所述混合料加入电弧炉中，升温至1616~1670℃，保温20~30分钟；然后向所述电弧炉中加入石灰石，升温至1990~2010℃，保温20~30分钟。最后除去上层浮渣，随炉冷却至室温，即得高纯锆酸钙材料。
所述石灰石与所述混合料的质量比为(1.92~2.0)∶1。
本实施例制备的高纯锆酸钙材料经检测：锆酸钙转化率为96~98%；晶粒度为5~7μm。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式采用天然锆英石、硅微粉和石灰石为原料，且不引入其他组分的助熔剂等，原料来源丰富，工艺过程简单，降低了高纯锆酸钙材料的生产成本。
2、本具体实施方式利用原料组分的直接结合与固溶反应，提高了锆酸钙材料的纯度和晶粒度，增大了锆酸钙的转化率。
本具体实施方式所制备的高纯锆酸钙材料经检测：锆酸钙转化率为95~98%；晶粒度为4~7μm。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和成本低廉的特点；所制备的高纯锆酸钙材料的结晶好、纯度高和锆酸钙转化率高。