本发明属于泡沫陶瓷技术领域。尤其涉及一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术：
高纯净度的金属材料具有优异的性能和特殊的用途，而金属熔体在熔铸或连铸过程中，由于和炉衬材料的接触，其纯净度不可避免地受到影响，具体表现在金属材料中存在一定的不同形状的氧化物或非氧化物夹杂物，其数量、尺寸、形态、类型和分布均对金属材料的强度、塑性和韧性造成破坏性的影响，容易使金属制品产生气孔、夹渣和裂纹等缺陷，严重时会使金属制品降级使用甚至成为安全事故的隐患。因此，采用简单有效的净化手段减少夹杂物的数量以提高金属的纯净度已经受到世界各国企业和研发机构的重视。
国内外目前用于金属熔体净化的方法主要有优化冶金工艺、改善冶金设备和采用过滤器净化金属熔液。相比前两种方法，利用过滤器有较为明显的优势，其优势具体为简单有效、通用和成本低。熔融金属过滤器的使用条件非常苛刻，要求过滤器有足够的高温强度、抗热稳定性、耐金属冲刷且不与熔体反应。现有的过滤器有纤维过滤网、直孔过滤器和蜂窝陶瓷过滤器等。纤维过滤网、直孔芯型陶瓷过滤器和蜂窝过滤器等过滤器均存在高温强度较低、过滤效率不高、长期使用温度低及金属熔体过流率低等问题。
作为金属熔炼用氧化钙过滤器已有研究报道和应用，基本工艺包括氧化钙颗粒制备、破碎、级配、混合、成型和烧成，工艺繁琐，尤其是在现有的技术方案中，经高温处理后的氧化钙坯体表面的烧结层在破碎过程中被破坏，破碎后暴露出了新的表面，从而导致氧化钙颗粒极易水化，给氧化钙原料的储备和氧化钙过滤材料的制备带来困难。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种工艺简单的zro2-cao复合泡沫陶瓷的制备方法，用该方法制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷使用温度高、强度大、抗水化性能好和高温性能稳定，适合作为工业废气净化过滤器和高纯净熔体冶炼用的高温过滤材料。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、按照氧化锆粉∶添加剂∶水的质量比为100∶（0.1~4）∶（25~100），将所述氧化锆粉、所述添加剂和水混合，即得浆体；再将聚氨酯海绵浸入所述浆体中2~20min，取出含有浆体的聚氨酯海绵，挤压，静置24小时，于110℃条件下干燥12~24小时，即得氧化锆泡沫陶瓷预制块；然后将所述氧化锆泡沫陶瓷预制块置入加热炉内，升温至850~1150℃，保温1~5小时，自然冷却，即得氧化锆泡沫陶瓷。
步骤二、将97~99.5wt%的氢氧化钙粉体和0.5~3wt%的氢氧化锆粉体混合，即得混合粉；然后向所述混合粉中加入占所述混合粉0.1~3wt%的所述添加剂和30~100wt%的水，湿混，得氢氧化钙浆体。
步骤三、将所述氧化锆泡沫陶瓷浸渍于所述氢氧化钙浆体中，在真空度小于2kpa的条件下浸渍5~15分钟，取出后将残留在氧化锆泡沫陶瓷孔隙中的氢氧化钙浆体排除，静置24小时，于110℃条件下干燥12~24小时；然后置入加热炉内，升温至900~1600℃，保温1~5小时，自然冷却，制得zro2-cao复合泡沫陶瓷。
所述氧化锆粉体的zro2含量≥97wt%；粒径为10~300μm。
所述氢氧化钙粉体中的ca(oh)2含量≥95wt%；粒径为10~300μm。
所述氢氧化锆粉体的zr(oh)4含量≥95wt%，氢氧化锆粉体的粒径为10~300μm。
所述添加剂为聚丙二醇和羧甲基纤维素中的一种以上；羧甲基纤维素的粒径为10~300μm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明仅采用浸渍、烘干和烧成方法，即制得zro2-cao复合泡沫陶瓷，故工艺简单。
2、本发明与现有的过滤器相比，制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷是由共价键和复杂的离子键键合而形成稳定的晶体结构，具有耐高温、耐腐蚀、抗水化性能好和高温性能稳定等优点；同时，其独特的孔结构使得制品具有比表面积高和流体压力损失小的特点，加上陶瓷表面的氧化钙对金属熔体中杂质和废气中的污染物有很好的吸附效果，使所制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷具有吸附工业废气污染物和金属熔体中杂质效率高的特点。
本发明制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量≥85wt%；cao≥1wt%；耐压强度≥1mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率≤2%。
因此，本发明制备工艺简单，所制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷使用温度高、强度大、高温性能稳定和抗水化性能好，适合作为工业废气污染物吸附和高纯净熔体冶炼用的高温材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述氧化锆粉体的zro2含量≥97wt%；粒径为10~300μm。
所述氢氧化钙粉体中的ca(oh)2含量≥95wt%；粒径为10~300μm。
所述氢氧化锆粉体的zr(oh)4含量≥95wt%，氢氧化锆粉体的粒径为10~300μm。
所述羧甲基纤维素的粒径为10~300μm。
实施例1
一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照氧化锆粉∶添加剂∶水的质量比为100∶（0.1~2）∶（25~50），将所述氧化锆粉、所述添加剂和水混合，即得浆体；再将聚氨酯海绵浸入所述浆体中2~10min，取出含有浆体的聚氨酯海绵，挤压，静置24小时，于110℃条件下干燥12~18小时，即得氧化锆泡沫陶瓷预制块；然后将所述氧化锆泡沫陶瓷预制块置入加热炉内，升温至850~950℃，保温3~5小时，自然冷却，即得氧化锆泡沫陶瓷。
步骤二、将97~98wt%的氢氧化钙粉体和2~3wt%的氢氧化锆粉体混合，即得混合粉；然后向所述混合粉中加入占所述混合粉0.1~2wt%的所述添加剂和30~50wt%的水，湿混，得氢氧化钙浆体。
步骤三、将所述氧化锆泡沫陶瓷浸渍于所述氢氧化钙浆体中，在真空度小于2kpa的条件下浸渍5~10分钟，取出后将残留在氧化锆泡沫陶瓷孔隙中的氢氧化钙浆体排除，静置24小时，于110℃条件下干燥12~18小时；然后置入加热炉内，升温至1300~1600℃，保温1~3小时，自然冷却，制得zro2-cao复合泡沫陶瓷。
本实施例所述添加剂为聚丙二醇。
本实施例制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量为90~92wt%；cao含量为2~4%；耐压强度为2.0~2.2mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率为0.5-1.0%。
实施例2
一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例除所述添加剂外，其余同实施例1：
本实施例所述添加剂为聚丙二醇和羧甲基纤维素的混合物。
本实施例制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量为92~94wt%；cao含量为1.5~2%；耐压强度为2.2~2.5mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率为0.5~0.8%。
实施例3
一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例除所述添加剂外，其余同实施例1：
本实施例所述添加剂为羧甲基纤维素。
本实施例制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量为94~96wt%；cao含量为1.0~1.2%；耐压强度为2.0~2.3mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率为0.6~0.9%。
实施例4
一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按照氧化锆粉∶添加剂∶水的质量比为100∶（2~4）∶（50~100），将所述氧化锆粉、所述添加剂和水混合，即得浆体；再将聚氨酯海绵浸入所述浆体中10~20min，取出含有浆体的聚氨酯海绵，挤压，静置24小时，于110℃条件下干燥18~24小时，即得氧化锆泡沫陶瓷预制块；然后将所述氧化锆泡沫陶瓷预制块置入加热炉内，升温至950~1150℃，保温1~3小时，自然冷却，即得氧化锆泡沫陶瓷。
步骤二、将98~99.5wt%的氢氧化钙粉体和0.5~2wt%的氢氧化锆粉体混合，即得混合粉；然后向所述混合粉中加入占所述混合粉2~3wt%的所述添加剂和50~100wt%的水，湿混，得氢氧化钙浆体。
步骤三、将所述氧化锆泡沫陶瓷浸渍于所述氢氧化钙浆体中，在真空度小于2kpa的条件下浸渍10~15分钟，取出后将残留在氧化锆泡沫陶瓷孔隙中的氢氧化钙浆体排除，静置24小时，于110℃条件下干燥18~24小时；然后置入加热炉内，升温至900~1300℃，保温3~5小时，自然冷却，制得zro2-cao复合泡沫陶瓷。
本实施例所述添加剂为羧甲基纤维素。
本实施例制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量为85~88wt%；cao含量为6~8%；耐压强度为1.0~1.5mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率为1.2~1.5%。
实施例5
一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例除所述添加剂外，其余同实施例4：
本实施例所述添加剂为羧甲基纤维素和聚丙二醇的混合物。
本实施例制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量为88~90wt%；cao含量为5~7%；耐压强度为1.8~2.5mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率为0.5~0.9%。
实施例6
一种zro2-cao复合泡沫陶瓷及其制备方法。本实施例除所述添加剂外，其余同实施例5：
本实施例所述添加剂为聚丙二醇。
本实施例制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量为85~87wt%；cao含量为6~8%；耐压强度为2~2.5mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率为1.5~2%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式仅采用浸渍、烘干和烧成方法，即制得zro2-cao复合泡沫陶瓷，故工艺简单。
2、本具体实施方式与现有的过滤器相比，制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷是由共价键和复杂的离子键键合而形成稳定的晶体结构，具有耐高温、耐腐蚀、抗水化性能好和高温性能稳定等优点；同时，其独特的孔结构使得制品具有比表面积高和流体压力损失小的特点，加上陶瓷表面的氧化钙对金属熔体中杂质和废气中的污染物有很好的吸附效果，使所制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷具有吸附工业废气污染物和金属熔体中杂质效率高的特点。
本具体实施方式制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷经检测：zro2含量≥85wt%；cao≥1wt%；耐压强度≥1mpa；在50℃和90%湿度条件下保持10h，于110℃烘干后的水化增重率≤2%。
因此，本具体实施方式制备工艺简单，所制备的zro2-cao复合泡沫陶瓷使用温度高、强度大、高温性能稳定和抗水化性能好，适合作为工业废气污染物吸附和高纯净熔体冶炼用的高温材料。