锆溶胶增强刚玉莫来石制品及其生产方法 【技术领域】
本发明涉及一种耐火材料的制备方法，具体的说，是一种锆溶胶增强刚玉莫来石窑具及其生产方法。
背景技术
在耐火材料的制品中，复相陶瓷刚玉莫来石窑具因综合了刚玉耐磨、抗化学腐蚀、抗氧化和莫来石熔点高、抗蠕变、热膨胀系数低的优点，而受到市场上的广泛青睐。但是目前，我国生产的刚玉莫来石复相陶瓷普遍存在耐压抗折强度偏低、抗热震性能不理想、使用寿命短的现象。
关于在制备刚玉莫来石复陶瓷窑具中使用结合剂方面，在公开号为CN 1669980A、101423414A的公报中，介绍了引入硅铝凝胶为结合剂提高刚玉莫来石抗蠕变性能和抗热震性能；在公开号为CN 1303834A公报中，介绍了利用木质素磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅溶胶、磷酸和纸浆废液作为刚玉莫来石制品制备时的结合剂；在公开号为CN 1793052A公报中，应用红柱石粉、粘土粉与水的混合物作为结合剂。
目前，尚未有以锆溶胶为结合剂，制备耐压、抗折和抗热震性能优异的复相陶瓷刚玉莫来石窑具的相关报道。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种能提高耐压强度、抗折强度和抗热震性能的锆溶胶增强刚玉莫来石制品及其生长方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种锆溶胶增强刚玉莫来石制品，由重量百分比为10％～50％的刚玉颗粒、10％～50％的莫来石颗粒、10％～40％的铝微粉、10％～20％的硅微粉和0％～9％的红柱石颗粒组成原料，所述刚玉颗粒、莫来石颗粒和红柱石颗粒均＜3mm，所述铝微粉和硅微粉均≤2μm；再加入占原料总重5％～20％的二氧化锆溶胶作为结合剂制成。
本发明还同时提供了上述锆溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法，包括如下步骤：
1)、将全部原料放入混料机中干混0.5～1小时；然后加入二氧化锆溶胶湿混0.5～2小时，得混合物；
2)、将混合物困料5～15小时后压制成型，成型压力120～160MPa；自然干燥1～2天后，于1450～1700℃烧制6～10小时；得锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
作为本发明的锆溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法的改进：二氧化锆溶胶的固相重量含量为2％～10％。
本发明中所用到的二氧化锆溶胶可按照2006年7月发表在《机械工程材料》“锆溶胶的制备、稳定及氧化锆粉体的特性”(2006，30(7)：72‑75)进行制备。
例如：将质量比为1：1的无水乙醇和去离子水组成的混合溶液加入ZrOCl2·H2O中，配制成Zr2+浓度为1mol/L的透明溶液，再加入一定量的H2O2，搅拌0.5小时，充分反应后，缓慢滴加氨水，并快速搅拌，逐渐形成透明的溶胶，最后制备出固相含量为2％～10％的二氧化锆溶胶。
本发明的刚玉莫来石制品生产方法，是发明人经过长期实验、认真研究所获得的。本发明的技术优点是充分利用二氧化锆在陶瓷应用中的综合优异性能，本发明所用的二氧化锆溶胶，兼具有常温粘结剂和生成活性二氧化锆颗粒的作用。二氧化锆溶胶分解后形成的二氧化锆熔点较高，活性较高，增加了基质中的高温相，使制品耐高温性能提高；粒状二氧化锆晶体主要分布于刚玉和莫来石骨架结构的间隙，产生颗粒强化作用；基质中生成的二氧化锆第二相，与基质膨胀系数不同，产生微裂纹，提高材料的断裂表面能，降低材料的弹性模量，从而提高材料的抗热震性能；对于二氧化锆粒子本身，它具有应力诱导相变增韧的现象，可提高制品的耐压抗折强度和抗热震性。
综上所述，本发明在耐火材料刚玉莫来石中通过锆溶胶的方式引入二氧化锆，不仅原位生成活性较高的二氧化锆粒子，而且晶粒较均匀分布在刚玉莫来石复相陶瓷的基质中；利用二氧化锆本身耐高温且其具有应力诱导相变增韧和微裂纹增韧作用，大大提高材料的耐压强度、抗折强度和抗热震性能。
采用本发明的方法生产的刚玉莫来石制品，体积密度2.6～3.3g/cm3，气孔率10％～20％，抗折强度15～50MPa，耐压强度90～160MPa，在推板窑中使用次数达到110～200次。我国目前从日本进口的推板其抗折强度11.98MPa，耐压强度100.91MPa。因此，本发明的刚玉莫来石制品与日本进口推板相比，有着更为优异的机械强度。
本发明进一步改善了以往刚玉莫来石窑具制品，大大提高了其使用寿命。采用本发明的方法生产的刚玉莫来石窑具制品，可用于推板、棚板、承烧板、匣钵等，也可用于建材、钢铁冶金、航天航空等。
【具体实施方式】
实施例1、一种锆溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法，由重量百分比为50％的刚玉颗粒(＜3mm)、10％的莫来石颗粒(＜3mm)、20％的铝微粉(≤2μm)、12％的硅微粉(≤2μm)、8％的红柱石颗粒(＜3mm)组成原料，以占原料总重5％的二氧化锆溶胶作为结合剂，该二氧化锆溶胶的固相重量含量为10％；其工艺步骤如下：
1)将全部原料放入混料机中干混1小时；然后加入二氧化锆溶胶湿混1小时，得混合物；
2)将混合物困料10小时后压制成型，成型压力140MPa，自然干燥1天，然后于1450℃烧制10小时，得到锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.67g/cm3，气孔率11％，抗折强度15MPa，耐压强度110MPa，在推板窑中使用次数达到115次。
实施例2、一种锆溶胶增强刚玉莫来石窑具的生产方法，由重量百分比为30％的刚玉颗粒(＜3mm)、30％的莫来石颗粒(＜3mm)、18％的铝微粉(≤2μm)、20％的硅微粉(≤2μm)、2％的红柱石颗粒(＜3mm)组成原料，以占原料总重10％的二氧化锆溶胶作为结合剂，该二氧化锆溶胶的固相重量含量为7％；其工艺步骤如下：
1)将全部原料放入混料机中干混0.5小时；加入二氧化锆溶胶湿混0.5小时，得混合物；
2)将混合物困料15小时后压制成型，成型压力120MPa，自然干燥2天，然后于1700℃烧制6小时，得到锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.98g/cm3，气孔率12％，抗折强度40MPa，耐压强度140MPa，在推板窑中使用次数达到170次。
实施例3、一种锆溶胶增强刚玉莫来石窑具的生产方法，由重量百分比为40％的刚玉颗粒(＜3mm)、40％的莫来石颗粒(＜3mm)、10％的铝微粉(≤2μm)和10％的硅微粉(≤2μm)组成原料，以占原料总重15％的二氧化锆溶胶作为结合剂，该二氧化锆溶胶的固相重量含量为10％；其工艺步骤如下：
1)将全部原料放入混料机中干混1小时；加入二氧化锆溶胶湿混2小时，得混合物；
2)将混合物困料5小时后压制成型，成型压力160MPa，自然干燥1～2天，然后于1600℃烧制8小时，得到锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.77g/cm3，气孔率11％，抗折强度45MPa，耐压强度160MPa，在推板窑中使用次数达到175次。
实施例4、、一种锆溶胶增强刚玉莫来石窑具的生产方法，由重量百分比为20％的刚玉颗粒(＜3mm)、20％的莫来石颗粒(＜3mm)、40％的铝微粉(≤2μm)、14％的硅微粉(≤2μm)、6％的红柱石颗粒(＜3mm)组成原料，以占原料总重10％的二氧化锆溶胶作为结合剂，该二氧化锆溶胶的固相重量含量为5％；其工艺步骤如下：
1)将全部原料放入混料机中干混1小时；加入二氧化锆溶湿混1.5小时，得混合物；
2)将混合物困料10小时后成型，成型压力150MPa，自然干燥2天，然后于1500℃烧制9小时，得到锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度3.0g/cm3，气孔率20％，抗折强度30MPa，耐压强度120MPa，在推板窑中使用次数达到130次。
实施例5、一种锆溶胶增强刚玉莫来石窑具的生产方法，由重量百分比为10％的刚玉颗粒(＜3mm)、50％的莫来石颗粒(＜3mm)、20％的铝微粉(≤2μm)、11％的硅微粉(≤2μm)、9％的红柱石颗粒(＜3mm)组成原料，以占原料总重20％的二氧化锆溶胶作为结合剂，该二氧化锆溶胶的固相重量含量为2％；其工艺步骤如下：
1)将全部原料放入混料机中干混1小时；加入二氧化锆溶湿混2小时，得混合物；
2)将混合物困料8小时后压制成型，成型压力140MPa，自然干燥1天，然后于1600℃烧制7小时，得到锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度3.3g/cm3，气孔率19％，抗折强度17MPa，耐压强度95MPa，在推板窑中使用次数达到110次。
实施例6、一种锆溶胶增强刚玉莫来石窑具的生产方法，由重量百分比为30％的刚玉颗粒(＜3mm)、30％的莫来石颗粒(＜3mm)、20％的铝微粉(≤2μm)、11％的硅微粉(≤2μm)和9％的红柱石颗粒(＜3mm)组成原料，以占原料总重10％的二氧化锆溶胶作为结合剂，该二氧化锆溶胶的固相重量含量为4％；其工艺步骤如下：
1)将全部原料放入混料机中干混1小时；加入二氧化锆溶湿混2小时，得混合物；
2)将混合物困料8小时后压制成型，成型压力130MPa，自然干燥1天，然后于1600℃烧制7小时，得到锆溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.8g/cm3，气孔率12％，抗折强度19MPa，耐压强度110MPa，在推板窑中使用次数达到128次。
对比实施例1、按照专利号为200610052095.7的《红柱石窑具制品的生产方法》，由重量百分比为30％的刚玉颗粒(＜3mm)、30％的莫来石颗粒(＜3mm)、20％的铝微粉(≤2μm)、10％的硅微粉(≤2μm)、10％的红柱石颗粒(＜3mm)组成原料，以占原料总重4％的硅溶胶作为结合剂；所得的红柱石窑具制品体积密度2.7g/cm3，气孔率18％，抗折强度10MPa，耐压强度65MPa，在推板窑中使用次数达到90次。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。