本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种低锆含量烧结板状刚玉及其制备方法。
背景技术：
热震稳定性是耐火材料最重要的性能指标之一，尤其对于滑板或者钢包砖类的产品，由于要经常承受温度的剧烈变化，制品容易产生裂纹导致不能继续使用，提高耐火材料的热震稳定性是唯一的解决途径。
现有技术中，烧结板状刚玉由于晶粒内部含有较多闭合微气孔，因此，使得板状刚玉热震稳定性较好，但是仍然达不到使用要求，因此，很多耐火材料厂家会选择加入部分电熔锆刚玉来提高耐火材料的热震稳定性。
但是电熔锆刚玉存在制备过程存在以下问题：
1)制备过程能耗大，zro2加入量大，一般高于20wt％，使得材料的制备成本较高；
2)电熔锆刚玉中的zro2晶粒的尺寸较大(一般在50μm以上)，且分布不均匀，无法充分发挥zro2的增韧效果。
技术实现要素：
本发明提供了一种低锆含量烧结板状刚玉，具有更低的锆含量以及更好的热震稳定性，且成本低廉，制备简单。
一种低锆含量烧结板状刚玉的制备方法，包括如下步骤：
将工业氧化铝粉和单斜氧化锆粉按照质量比1:0.05～0.16混合，依次经研磨、成球后，在温度1700～1800℃下烧成2.5-3.5h，得到所述低锆含量烧结板状刚玉。
本发明采用烧结的方式制备板状刚玉，相比现有技术中采用电熔法制备的板状刚玉，锆含量更低，热震稳定性更好。
所述烧结板状刚玉中，zro2的晶粒尺寸较小，刚玉晶粒尺寸也较小，zro2晶粒均匀分布在刚玉晶粒的晶界位置，充分发挥微裂纹增韧的效果，改善烧结板状刚玉的热震稳定性。
通过控制工业氧化铝粉和单斜氧化锆粉的质量比以及烧成温度，可以控制zro2的晶粒尺寸以及分布均匀性，以此提升烧结板状刚玉的抗热冲击性能，使烧结板状刚玉具有更高的断裂韧性，进而改善相关制品的热震稳定性。
作为优选，所述单斜氧化锆粉的粒径为2μm或10μm。
单斜氧化锆粉的粒度较细时，在烧成过程中相对容易烧结，体积密度相应提高；单斜氧化锆粉的粒度较粗时，在烧成过程中较难烧结。
本发明中采用单斜晶系的氧化锆粉，并通过优选粒径，以保证在烧结板状刚玉中，zro2晶粒尺寸较小且能均匀分布在刚玉晶粒的晶界位置，且刚玉晶粒尺寸适中，控制在30-50μm，刚玉晶粒过大时，起不到提高热震稳定性的作用，刚玉晶粒过小则容易使得刚玉耐磨性能变差。
本发明中，粒径若无特殊限制均为数均粒径。
作为优选，所述单斜氧化锆粉由2μm单斜氧化锆粉和10μm单斜氧化锆粉混合而成，2μm单斜氧化锆粉和10μm单斜氧化锆粉的质量比为1：0.5～1。
采用两种粒径尺寸的单斜氧化锆粉混配，通过调整2μm单斜氧化锆粉和10μm单斜氧化锆粉的比例，能够改善zro2晶粒在刚玉晶粒晶界位置的分布均匀性，同时合理控制晶粒尺寸的生长尺寸。
作为优选，2μm的单斜氧化锆粉中，d50为1.8-2.3μm，zro2含量＞99.0％；10μm的单斜氧化锆粉中，d50为10-15μm，zro2含量＞98.5％。
作为优选，研磨后的粉料90wt％以上能通过325目筛。
工业氧化铝粉和单斜氧化锆粉混合后，研磨1～2小时，保证研磨后的粉料中90％以上质量能够通过325目筛(泰勒制)。即研磨后的粉料中，90％以上质量分数的粉料粒径小于45μm。
作为优选，所述成球采用两步法，成球时采用水作为成球液，水的用量为18～22％。
本发明中，不需要引入盐类成球液，直接采用水作为成球液，有效的避免对管道的腐蚀，工艺操作简单，成本低廉，适合规模化生产。以质量分数计，水的用量为18～22％，在整个成球过程中，连续施加成球液。
作为优选，成球经两次烘干后进行烧成，第一次烘干的温度为
180～300℃，第二次烘干的温度为550～650℃，烘干后的成球水分含量不大于0.5％。
作为优选，所述工业氧化铝粉中，各组分的质量百分数分别为：al2o3≥98.0％，sio2≤0.10％，cao≤0.15％，fe2o3≤0.1％，na2o≤0.5％。
作为优选，所述工业氧化铝粉的粒径不大于25μm。
即所述工业氧化铝粉可以通过60目筛网。通过控制工业氧化铝粉的粒径可以控制烧成后的刚玉晶粒尺寸，以及zro2晶粒在刚玉晶粒晶界位置的分布均匀性。
本发明还提供了一种低锆含量烧结板状刚玉，采用所述的制备方法制备得到。
采用本发明提供的制备方法得到的烧结板状刚玉，经检测：体积密度为3.50-3.58g/cm3；显气孔率为3.4-4.8％，吸水率为1.0-1.9％，al2o3晶粒尺寸(也即刚玉晶粒尺寸)为30-50μm，最佳尺寸控制在30-40μm；zro2晶粒尺寸为0.7-15μm，最佳晶粒尺寸控制在1.0-9μm；断裂韧性为9.0-13.5mpa·m0.5。
本发明制备的低锆含量的烧结板状刚玉，热震稳定性好，且制备过程简单，成本低廉，适用于工业化生产。
附图说明
图1为本发明中实施例4制备的低锆含量烧结板状刚玉的显微结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1～6
一种低锆含量烧结板状刚玉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业氧化铝粉和单斜氧化锆粉分别置于不同的料仓，各料仓通过各自的管路连通至球磨机中，工业氧化铝粉和单斜氧化锆粉的进料质量比如表1所示。
工业氧化铝的主要成分为γ-氧化铝，工业氧化铝粉中各成分的质量分数分别为al2o3≥98.0％、sio2≤0.10％、cao≤0.15％，fe2o3≤0.1％，na2o≤0.5％。
表1中，2μm单斜氧化锆粉中，d50＝1.8-2.3μm，zro2质量分数＞99.0％；10μm单斜氧化锆粉中，d50＝10-15μm，zro2质量分数＞98.5％。
(2)工业氧化铝粉和单斜氧化锆粉在球磨机内进行研磨，研磨时间如表1所示。
(3)研磨完毕后放入成球盘中，同时喷入水作为成球液，成球液的用量如表1所示，制得6-7mm的母球，之后将母球送入成球筒中，制得直径为23±2mm的生球。
(4)将生球依次进行两次烘干，两次烘干的温度和时间如表1所示，烘干完的生球水分含量＜0.5％。
(5)将烘干完毕的生球送入高温竖窑中进行烧结，烧结温度和烧结时间如表1所示。随炉冷却，破碎，筛分，包装，即得低锆含量烧结板状刚玉。
表1
对比例1
本实施例的制备工艺流程与实施例4相一致，仅改变所加入的氧化锆种类，引入氧化钙稳定氧化锆粉，具体的加入比例和参数见表2。
所述的氧化钙稳定氧化锆粉，相关参数如下：
氧化钙稳定氧化锆粉，d50为10-15μm，zro2含量＞94.0％，cao含量4.5-5.0wt％。
对比例2～3
对比例2～3的制备工艺流程与实施例4相一致，仅改变烧结温度，具体的加入比例和参数见表2。
对比例4-5
对比例4～5的制备工艺流程与实施例4相一致，仅改变烧结时间，具体的加入比例和参数见表2。
表2
性能表征
实施例1～6、对比例1-5制备的烧结板状刚玉的性能测试结果如表3所示。各实施例所制得的低锆含量烧结板状刚玉中，各组分的质量百分数为：al2o3≥96.5％-97.5％，sio2≤0.10％-0.15％，fe2o3≤0.1-0.2％，na2o≤0.2-0.4％，zro2≥2.5-3.5％。
表3
由表3可以得到，本发明制备得到的低锆含量烧结板状刚玉的体积密度为3.50-3.58g/cm3；显气孔率为3.4-4.8％，吸水率为1.0-1.9％，al2o3晶粒尺寸为30-50μm，zro2晶粒尺寸0.7-15μm；断裂韧性9.0-13.5mpa·m0.5。
实施例4的电镜图如图1所示，从图1中可以看出，刚玉晶粒平均尺寸30-40μm，且白色区域为zro2晶粒，zro2晶粒尺寸在1.0--9μm，zro2晶粒尺寸均匀，且zro2晶粒均匀分布在刚玉晶粒与晶粒的结合处。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。