[发明专利]稀土钙钛矿型耐火材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，尤其是一种稀土钙钛矿型耐火材料。

背景技术

耐火材料是高温技术不可缺少的基础材料，其发展与高温工业紧密相关，尤其与钢铁工业相互依存，共同发展。近年来，随着冶炼技术和钢铁工业的快速发展，耐火材料也实现了一系列重大技术变革，正逐步由依赖于天然原料、大批量生产的原始制品群向以多品种、小批量、人工原料、开发和设计等为原则的精密、高级制品系列转变，即由古典耐火材料向多样化的新型耐火材料转变。我国著名的耐火材料专家钟香崇教授认为耐火材料的发展重点仍然是钢铁工业用耐火材料，而重中之重为连铸用材料。连铸技术的发展既为我国耐火材料工业带来前所未有的发展契机同时也对耐火材料的质量和品种提出了更为苛刻的要求。

耐火材料发展的总体战略一是改进和完善现有耐火材料的综合性能，另一个是探索新型耐火材料，即开拓和挖掘新的耐火材料体系。熔点在2000℃以上、可以作为高级耐火材料的氧化物很多。但除了高熔点以外，还必须具备多种高温性能和比较成熟的制造工艺，所以到目前为止，只有部分氧化物可作为耐火材料来生产和应用，其中大量使用的有Al₂O₃、MgO、ZrO₂、CaO等。稀土钙钛矿型复合氧化物材料由于其出色的物理、化学性能，成为钢铁冶金用耐火材料较好的备选产品。

稀土钙钛矿型(ABO₃)陶瓷材料(LaMO₃，M＝Mn，Cr，Ga等)具有熔点高、电导率较高等特点，高温下具有良好的化学稳定性和力学性能，并具有适中的力学性能，在功能材料领域有着广泛的应用。表1是稀土钙钛矿材料同传统耐火材料的主要性能比较。Al₂O₃和ZrO₂为目前耐火材料的主要成分，LaGaO₃、LaMnO₃和LaCrO₃均是稀土钙钛矿结构的功能陶瓷材料。对比表1的结果并综合分析国内外LaMO₃的研究及本实验室的前期工作可以发现，部分LaMO₃的高温性能和热膨胀系数与耐火材料相当。稀土钙钛矿型材料化学性能稳定，优于大部分现有耐火材料。现行相关标准中规定耐火制品的常温耐压强度在20MPa以上(见表2)，LaMO₃材料的常温耐压强度完全符合要求。连铸耐火材料的工作温度一般在1600℃以下，而目前铬酸镧高温发热元件最高安全使用温度可达1900℃，也能满足这一温度要求。但是纯LaMO₃陶瓷材料热膨胀系数大而热导率较低，抗热震性能较差，高温力学性能还不很清楚，无法直接用作耐火材料。若应用于耐火材料领域，必须强化其高温抗弯强度和抗蠕变性能，提高抗热震断裂能力。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种不含碳、硅，高温化学性能稳定的稀土钙钛矿型耐火材料。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种稀土钙钛矿型耐火材料，包括以下重量百分比的成分，LaCrO₃ 75～97％，ZrO₂ 3～25％。

本发明进一步的成分(重量百分比)为，LaCrO₃ 85～95％，ZrO₂ 5～15％。

所述LaCrO₃的原子结构为钙钛矿型。

本发明将高温氧化物ZrO₂作为第二相，将其按一定质量百分比加入到稀土氧化物铬酸镧基体中制备成复合材料，通过掺加烧结，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具体指标如附表1所示。

在高温烧结后经X射线衍射检测ZrO₂与基体组织铬酸镧不发生任何反应，不生成新相，并未改变La_1-xCa_xCrO₃的结构组成，如图1所示。

本发明的优点如下：1、将ZrO2用于稀土复合氧化物陶瓷材料的增韧补强；通过颗粒级配优化显微组织结构，提高材料的抗热震性能、耐渣蚀性能及高温力学性能，使之满足连铸耐火材料的性能要求，拓展高性能功能陶瓷的应用范围。

2、研制的材料不含碳、硅，高温化学性能稳定，可克服现有材料造成钢水增碳、增硅及易于结瘤、堵塞的现象。