[发明专利]一种功能复合型氧化锆耐火制品及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种功能复合型氧化锆耐火制品及其制备方法。 

背景技术

宝石长晶炉使用温度高，炉内抽真空，对纯净度要求极高，除了要求隔热材料通常的使用性能外，还要求挥发散逸度低，对污染物的控制极为严格。因此要求长晶炉用隔热材料应具有：1）耐高温，在2000℃以上的超高温环境能长期使用；2)强度高，在高温环境下不开裂、不脱落及不粉化；3）高温稳定性好，不与炉内挥发份发生反应，不污染晶体；4）开口气孔率低，对挥发份抗渗透性强；5）热导率低，隔热效果好；目前宝石长晶炉所用隔热材料主要以金属钨隔热屏、钼隔热屏为主，价格昂贵且能耗高，为节能降耗、节约成本，宝石长晶企业纷纷考虑在加热体与钨钼隔热屏之间使用耐高温、低挥发、惰性强的高纯氧化锆耐火制品部分替代金属钨钼隔热屏。 

高纯氧化锆耐火制品通常是指氧化锆（包含稳定剂）含量在98%以上的耐火制品，其以氧化锆颗粒或氧化锆空心球、氧化锆细粉、稳定剂、结合剂等为原料，通过熔铸、浇注、机压、等静压、捣打等成型手段制备所需形状的耐火制品。高纯氧化锆耐火制品分为氧化锆空心球制品和氧化锆重质制品。氧化锆空心球制品所使用的颗粒料主要物质是氧化锆空心球，该类氧化锆空心球是通过高压空气喷吹氧化锆熔液制得，氧化锆空心球制品由于具有较高的气孔率，因而具有较低的热导率，主要用于1800℃以上的保温隔热衬，产品缺点是强度低、抗渗透性差、长期使用容易开裂和剥落。氧化锆重质制品所使用的颗粒料主要物质是氧化锆电熔颗粒（非空心球），该类氧化锆电熔颗粒是通过电熔氧化锆熔液冷却后破碎制得，氧化锆重质制品具有结构强度高、抗渗透、抗冲刷、使用温度更高，缺点是热导率偏高、隔热效果略差，主要用于2000℃以上高温反应衬。 

为使制品同时具备重质制品的高强度、高温稳定性及空心球制品高气孔率、低导热的综合性能特点，通常采取在氧化锆重质制品中添加有机小颗粒球（如沥青球、球状石墨等）或添加一定量的有机烧失物（如碎木屑、碎纸屑等），高温烧成过程中，上述有机物燃烧挥发在制品内部形成大量的孔洞或微型缩孔，从而制备成一种多孔的氧化锆耐火制品。通过该方法生产的制品具有适宜的强度和较好的隔热性能，但也存在缺陷，特别是有机添加物在燃烧过程中有大量气体排出，形成的气孔多为开口气孔或贯通气孔，抗渗透性差；在混料和压制过程中，有机小颗粒球或有机烧失物被氧化锆基质细粉紧密包裹，高温烧成时常常燃烧不充分，残留有大量的C；同时上述有机添加物的引入还极易带入Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、SiO₂、Al₂O₃等杂质，严重降低了氧化锆制品的纯度和使用温度。 

可以说，现有的氧化锆耐火制品都不能很好满足宝石长晶炉用隔热材料要同时具备使用温度高、污染少、强度高、高温稳定性好、抗渗透性强、热导率低、隔热效果好等综合性能的要求。如何制备一种性能更优，适合宝石长晶炉应用的功能复合型氧化锆耐火制品仍然是产业界探索和研究的热点内容之一。 

随着优质、高性能、高品味原料的不断涌现，高效分散剂、添加剂及结合剂等的引入，粒度分布范围的优化，新型加工设备、合成设备及先进制备工艺的采用，新型合成原料在材质、品种、性能、应用等方面的发展十分活跃，新产品层出不穷，特别是造粒料的合成与应用，使得传统的耐火制品向精细化、功能化、多元化方向发展。 

造粒料通常是指将原料料浆经喷雾固化后制成一定形状和强度的细小颗粒，它是一种人工团聚体，多为球形假颗粒，有时会在颗粒的表面出现多孔、酒窝形貌；其合成主要包括原料选择、料浆制备和喷雾干燥三个步骤，所选原料的粒度及粒度分布、结合剂的种类及加入量、分散剂的种类及加入量、制浆工艺等直接影响着料浆的均匀性和稳定性，进而影响制备出造粒料的堆积密度、粒度、粒度分布、颗粒形貌、流动性等特性。实际生产过程为提高料浆的均匀性和稳定性，防止沉积偏析，所选原料多以细粉或超细粉为主，原料活性大，引入造粒料成型的坯体在高温烧成过程极易发生自身的烧结收缩，从而形成大量的缩孔或微型气孔；由于耐火材料行业用的造粒料多属于无机非金属材料，高温烧成过程无大量气体排出，形成气孔多为闭口气孔。目前，常见的造粒料有氧化铝造粒料、氧化铬造粒料、硅酸锆造粒料等。