[发明专利]一种高热震超高温氧化锆制品的低温制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于特种金属超高温熔炼、超高温烧成以及用于超细金属粉体 制造的高热震氧化锆制品的低温制造方法。

背景技术

目前使用的氧化锆耐火材料多采用传统的生产工艺生产，即以电熔稳定氧化锆砂 和电熔稳定氧化锆细粉为原料在高温下烧成重质氧化锆耐火材料，或以电熔稳定氧化 锆空心球和电熔稳定氧化锆细粉为原料，经振动加压成型后，于1800℃高温下烧成隔 热型的轻质氧化锆空心球制品。然而，氧化锆空心球之间，氧化锆砂颗粒之间多呈点 结合，很难形成网络交错、相互镶嵌的高强网络结构，颗粒之间结合力差，导致该材 料抵抗热应力的能力较小，经受温度急变时容易开裂，热震稳定性很差，不适应超高 温熔炼或烧成设备间歇式运行、温度波动大的操作条件要求，在使用过程中氧化锆制 品容易断裂、剥落损毁严重，炉衬寿命较低，同时也对生产材料产生污染，这一不足 造成生产运行成本高、能耗高。因此，研究开发一种具有高热震稳定性、抗渗透侵蚀 能力强、并能在低温下烧成的氧化锆耐火材料是超高温熔炼、超高温烧成工艺的迫切 需求，对正在迅速发展的超高温行业节能减排，节约成本具有十分重要的意义。

近些年发展起来的溶胶-凝胶技术、纳米技术、微孔和超微孔技术、氧化锆相变增 韧等新技术在改善耐火材料的性能，特别是热震稳定性、高温稳定性、抗渗透性上显 示出十分有效的效果。采用上述新工艺、新技术开发高热震稳定性的超高温氧化锆制 品将是未来发展的趋势。

发明内容

为了实现国家提倡的节能减排，节约成本的战略目标，克服现有氧化锆制品热震 稳定性能差，使用中易开裂、剥落损毁问题，本发明提出一种低温合成，抗热震性能 好，强度高，能长期在超高温环境下使用的高纯氧化锆制品的低温制造方法，使采用 该方法制造的氧化锆制品具有高熔点、高温稳定、热震稳定性高、耐压强度高、热膨 胀率低及与多数高温熔体不浸润且隔热效果好等优点，能长期在2200℃以上的超高温 环境中使用。

本发明为完成其发明任务所采用的技术方案是：在氧化锆制品的骨料和基质中分 别采用不同种类的稳定剂，并严格控制稳定剂的加入量，使制品中氧化锆的单斜相、 四方相和立方相比列适中，以起到相变增韧的效果；引入具有一定活性的添加剂，促 进制品的烧结；并以含锆的溶液作结合剂，经球磨、混练、成型、干燥及高温烧成后 制得本发明所述的锆热震的超高温氧化锆制品。

本发明所述的高热震稳定性超高温氧化锆制品的组成(质量百分比)和烧成制度：

作为骨料，0～3mm的电熔氧化锆颗粒或电熔氧化锆空心球占制品总重的55～ 75wt％，以CaO作稳定剂，稳定剂在骨料中的总含量为3.4～4.2wt％。

作为基质，＜47μm的电熔氧化锆细粉占制品总重的25～45wt％，稳定剂可以是 Y₂O₃，也可以是复合稳定剂(CaO+Y₂O₃)、(CaO+MgO)及(MgO+Y₂O₃)中的一 种，稳定剂占氧化锆细粉总含量的3.2～5.2wt％。

作为外加添加剂，粒度＜5μm Y₂O₃细粉为制品总重的0.1～0.9wt％。

作为含锆的结合剂，可以是ZrO₂溶胶、ZrOCl₂溶液中的一种，也可以是木质素磺 酸盐、酚醛树脂中的一种和ZrOCl₂溶液的组合，外加结合剂的加入量为制品总重量的 2.0～5.5wt％。

氧化锆制品的烧成温度为：1630～1700℃。

根据上述技术方案所达到的技术指标是：ZrO₂+稳定剂≥99.20％(按重量计)，重质 氧化锆制品的体积密度≥4.7g/cm³，常温耐压强度≥70MPa，抗热震性(1100℃-水冷) ＞30次，荷重软化温度(0.2MPa)＞1700℃；轻质氧化锆制品的体积密度≤2.8g/cm³， 常温耐压强度≥25MPa，抗热震性(1100℃-水冷)≥10次，荷重软化温度(0.2MPa) ＞1700℃。