[发明专利]一种含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于莫来石-高硅氧玻璃复相材料技术领域。具体涉及一种含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料及其制备方法。

背景技术

据不完全统计，我国目前精密铸造企业总数达1300多家，年生产能力50多万吨，是仅次于日本的亚洲第二大精密铸造基地，每年将产生精密铸造废砂约65~75万吨。然而，目前铸造废砂综合利用研究和产业化工作多集中在水玻璃废砂方面，而对精密铸造废砂的综合利用研究及产业化工作相对较少。

在Al₂O₃--SiO₂系材料的低铝区域，存在于耐火材料中的主要相成分为莫来石、方石英及玻璃相，由于方石英的存在，是这类制品（如黏土砖）的抗热震性差。如果将方石英熔入玻璃相中，不仅可以消除方石英的相转变而导致的抗热震性差，而且可以获得SiO₂含量高的玻璃相。这种高硅氧玻璃的热膨胀系数较低，在高温下转化为高SiO₂含量的液相其黏度大。因此，含有高硅氧玻璃的耐火材料具有较高的荷重软化温度。而ZrO₂作为一种酸性耐火材料，在氧化气氛下使用十分稳定，在不同的加热条件下，单斜晶相稳定在1170℃以下，四方晶相稳定在1170~2370℃之间，立方晶相稳定在2370~2680℃（熔点）之间，利用ZrO₂的相变增韧可以在较大幅度地提高材料的高温力学性能。

“一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法”（ZL201210105340.1）专利技术以精密铸造废弃型砂为主要原料制备莫来石轻质隔热砖，但轻质隔热砖的应用范围有限，从而影响了废弃型砂的回收利用率。“用蓝晶石微粉制备莫来石-高硅氧玻璃材料的方法”（CN1184789A）专利技术以及“用红柱石微粉制备莫来石-高硅氧玻璃材料的方法”（CN1184788A）专利技术分别以微米级的蓝晶石精矿粉和微米级的红柱石精矿粉为原料制备莫来石-高硅氧玻璃材料，这两个专利技术的主要缺陷在于，原料价格高，不利于实现大规模工业化生产。“一种莫来石-高硅氧玻璃复相材料及其制备方法”（CN101423408A）专利技术以废弃物电熔刚玉除尘粉为主要原料制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料，其主要缺陷在于原料中K₂O含量过高，严重降低了液相形成的温度，影响制品的高温性能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种生产成本低、能减少污染和节约资源的含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料的制备方法；所制得的含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料具有较低的热膨胀系数和良好的热震稳定性，使用范围广。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以50~80wt%的废弃型砂、15~40wt%的矾土和5~10wt%的黏土为原料，混合均匀，成型；然后在1450~1600℃条件下烧成，保温3~5小时，自然冷却，制得含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料。

所述矾土的Al₂O₃含量≥75wt%，TiO₂含量≤4.5wt%；矾土的粒径≤0.089mm。

所述黏土的Al₂O₃含量≤35wt%；黏土在1000℃下的烧失≥10wt%。

所述废弃型砂的Al₂O₃含量≥35wt%，ZrO₂含量≥5.0wt%，Fe₂O₃含量≤1.5wt%；废弃型砂的粒径≤0.15mm。

由于采用上述技术方案，本发明以废弃型砂作为主要原料，实现了废弃型砂的回收利用，不仅节约资源、降低生产成本，且减少了固体废弃物的污染；本发明原料中的杂质既能起到降低锆英石分解温度和促进多余的SiO₂-熔入玻璃相中的作用，也能避免制品在降温的过程中ZrO₂与SiO₂重新结合生成锆英石。本发明利用原位生成的ZrO_2-的相变增韧作用提高了材料的高温力学性能，提高了制品的使用效果。所制得的含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料不含方石英和刚玉，具有较低的热膨胀系数和良好的热震稳定性；制得的含锆莫来石-高硅氧玻璃复相材料适用于熔模铸造型壳材料以及耐火材料等领域。