用于制备基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料的方法和基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料的制作方法
【专利说明】用于制备基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料的方法和基于 镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料
[0001] 发明概沐 本发明涉及用于制备基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料的方法和基于镁氧或镁氧尖 晶石的耐火材料。
[0002] 术语"耐火材料"在本发明的意义内特别是指工作温度在600°C以上的陶瓷产品和 优选根据DIN51060的耐火材料，换言之，具有大于SK17的西格锥滴点材料。
[0003] 耐火材料的形式已知为成型的耐火产品，例如砖，和非成型的耐火产品，特别是耐 火水泥、耐火块以及耐火砂浆。
[0004] 耐火材料特别是基于陶瓷原料，其特别地还包括镁氧（氧化镁，MgO)和镁氧尖晶 石（铝酸镁，MgO?A1203，MgAl204)。
[0005] 基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料特征在于良好的耐火性能。然而，对于某些应 用将希望使得基于镁氧或镁氧尖晶石的可用的耐火材料具有提高的耐火性能。例如，对于 基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料的许多应用而言，强度提高、脆性降低和耐腐蚀性与耐 氧化性和耐渗滤性的提高将是所希望的。
[0006] 在过去，因此不乏尝试提供基于镁氧或镁氧尖晶石的具有提高的耐火性能的耐火 材料。
[0007] 例如，US专利4, 557, 884在此方面描述了用于制备基于镁氧的耐火材料的方法， 其中在烧制期间由镁SiAlON多型体形成结合相。
[0008] 本发明解决的问题是提供一种方法，通过所述方法可以制备基于镁氧或镁氧尖晶 石的耐火材料，其具有提高的耐火性能，特别是具有突出的强度、耐腐蚀性、耐氧化性和耐 渗滤性以及低的脆性。本发明解决的另一问题是提供基于镁氧或镁氧尖晶石的具有此类性 能的耐火材料。
[0009] 为了解决上面提及的第一个问题，本发明提供了用于制备基于镁氧或镁氧尖晶石 的耐火材料的方法，包括下面的步骤： -提供包含如下的配料 i. 第一组分，由下面物质中的至少一种构成：镁氧或镁氧尖晶石； ii. 第二组分，包含当施加温度时由其可以形成包含A1N-类多型体的结合相的物质； -对所述配料施加在其中所述第二组分形成包含A1N-类多型体的结合相的温度范围 内的温度；其中 -在施加此温度范围的温度期间使所述配料暴露于压力。
[0010] 本发明基于制备基于镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料的思想，其中镁氧或镁氧尖晶 石颗粒通过包含A1N-类多型体的结合相结合或烧结。
[0011] 令人惊讶地，如今就本发明来说发现，如果所述耐火材料的原料在陶瓷烧制期间 暴露于压力，用此方式制备的耐火材料的许多性能可以仅以可持续的方式得以提高。特别 地，如果这些材料在陶瓷烧制期间暴露于压力，则具有包含A1N-类多型体的结合相的基于 镁氧或镁氧尖晶石的耐火材料在强度、耐腐蚀性、脆性和耐氧化性与耐渗滤性方面的耐火 性能可以很大程度上得以提高。
[0012] "多型体"是指发生多种不同的结构变型的物质，其各自由具有基本上相同的结构 和组成的层堆叠形成，其中所述各变型仅在其堆叠顺序上不同。"类多型体（Polytypoid) " 表示不符合此严格的定义的多型体形式的物质；而是，类多型体还包括具有相同形貌的或 具有稍微不同组成的矿物质。根据常规的定义，当在化学组成上存在任何轻微的变化时各 层的堆叠顺序差不超过0.25apfu(原子/结构式单元）的任意组分单元时，则存在多型 体。如果所述各层的堆叠顺序差超过此0.25apfu,这是指类多型体(在此方面也参见 [1]NickelE.H. ,GirceJ.D. :"TheIMAcommissiononnewmineralsandmineral names:Proceduresandguidelinesonmineralnomenclature, 1998"。TheCanadian Mineralogist，第 36 卷（1998) ; [2]BaileyS.W?等："Reportoftheinternational mineralogicalassociation(IMA) -internationalunionofcrystallography(IUCr) jointcommitteeonnomenclature".CanadianMineralogist，第 16 卷，第 113 - 117 页 (1978))。
[0013] 根据本发明，在根据本发明的耐火材料中提供了下面两种AIN-类多型体之一作 为AIN-类多型体或所述第二组分包含当施加温度时可用于形成结合相的物质，所述结合 相包含下面两种AIN-类多型体之一：由元素Mg、Al、0和N组成的AIN-类多型体（下文称 作"MgAlON相"，"MgA10N-AIN-类多型体"或"MgAlON-类多型体"），或由元素Mg、Si、A1、 0和N组成的AIN-类多型体（下文称作"MgSiAlON相"或"MgSiA10N-AIN-类多型体"或 "MgSiAlON-类多型体"）。
[0014] 当实施根据本发明的方法时，最初供应包含构成用于使用根据本发明的方法制备 耐火材料的前体的原料或组分的配料。
[0015] 为了提高所述配料的均匀性，可以提供的是例如通过超微磨碎机、辊式混合器或 强力混合器将其混合，例如公司GustavEirichGmbH&CoKG,Hardheim，德国制造的强力 混合器。
[0016] 在使用根据本发明的方法制备成型产品形式的耐火材料的情况下，特别可以通过 压制使所述配料成型。在此情况下可以提供的是，向配料中加入粘结剂，特别是临时粘结剂 例如异丙醇。成型为生坯的配料接着可以例如在80-120°C范围的温度下进行干燥。
[0017] 然后将任选成型为生坯的配料暴露于温度。根据本发明，也通过在此温度范围内 施加温度使所述配料暴露于温度，其中所述配料的第二组分的物质形成包含A1N-类多型 体的结合相。此范围的温度施加通常称作陶瓷烧制，在此情况下亦是如此。在陶瓷烧制期间 产生的结合相导致第一组分的物质，换言之就是镁氧和/或镁氧尖晶石形式的颗粒产物， 结合或相互烧结。其中在陶瓷烧制期间第二组分的物质形成包含A1N-类多型体的结合相 的温度范围分别取决于所述配料的组成和特别是分别取决于所述配料的第二组分的组成。 根据本发明已经发现，包含A1N-类多型体的结合相可以特别在1200°C以上的温度由在暴 露期间由其可以形成包含A1N-类多型体的结合相的物质形成，使得根据本发明可以特别 提供所述配料暴露于至少1200°C、130(TC或1400°C的温度。另外，根据本发明可以提供所 述配料暴露于不超过1800°C的温度，例如甚至不超过1750°C、1700°C或1650°C的温度。所 述配料特别优选暴露于1400°C-1650°C温度范围内的温度，以便由所述第二组分的物质形 成包含A1N-类多型体的结合相。
[0018] 在所述配料暴露于温度的同时，它可以额外地暴露于包含氮气（n2)的气体或所述 配料暴露于温度可以在氮气气氛下发生。所述配料可以在其中所述配料暴露于温度的整个 或部分所述期间在氮气气氛下暴露于温度。特别地，所述配料在氮气气氛下暴露于温度可 以进行一段时间，其中所述配料暴露于其中第二组分形成包含A1N-类多型体的结合相的 温度范围内的温度。如下面所详细说明，为了使所述配料硝化，特别在陶瓷烧制期间所述配 料在氮气气氛下暴露于温度可能是必需的。
[0019] 所述配料暴露于在所述第二组分的物质形成包含A1N-类多型体的结合相的温 度范围内的温度可以进行一段时间，其中所述第二组分的物质已经形成所需程度的包含 A1N-类多型体的结合相。例如，所述配料暴露于此温度范围内的温度可以进行至少60分 钟的一段时间，例如也可以进行至少90或120分钟的一段时间。另外，所述配料暴露于此 温度范围内的温度可以进行最长600分钟的一段时间，例如也可以进行最长400、300、240、 210或180分钟的一段时间。特别优选地，所述配料暴露于其中所述第二组分的物质形成包 含A1N-类多型体的结合相的温度范围的温度60-180分钟的一段时间。
[0020] 如前面所述，根据本发明提供了在暴露于其中所述第二组分的物质形成包含 A1N-类多型体的结合相的温度范围内的温度的期间，所述配料额外地暴露于压力。
[0021] 所述配料可以在所述配料暴露于此温度范围内的温度的全部或部分时间内暴露 于压力。换言之，根据本发明所述配料在陶瓷烧制期间暴露于压力。在陶瓷烧制期间施加 于所述配料上的压力显著高于常压，特别优选在IMPa(兆帕）以上。所述配料在陶瓷烧制 期间特别优选暴露于至少2、4、6、8或10MPa的压力。此外，还可以提供所述配料暴露于 最大50MPa的压力，例如暴露于最大40、35或30MPa的压力。特别优选地，根据本发明在 陶瓷烧制期