[发明专利]一种莫来石纤维增强刚玉-尖晶石质预制件的制备方法

说明书

本发明属于耐火材料技术领域，涉及一种高温冶炼用莫来石纤维增强刚玉‑尖晶石质预制件的制备方法。一种莫来石纤维增强刚玉‑尖晶石质预制件的制备方法，预制件的原料包括刚玉、尖晶石、镁砂细粉和氧化铝微粉；预制件还外加有分散剂、水和莫来石纤维；其中莫来石纤维的加入量为原料总质量的0.05‑0.5%；将所有细粉、微粉、结合剂、分散剂、纤维进行预混，之后和颗粒料干混，之后一次性加水湿混浇注成型、养护；最后烘烤制得预制件。本发明通过在刚玉‑尖晶石体系中添加具有莫来石纤维，高温下可形成的“位置固定”的液相结构，不仅可改善缓冲高温下形成热应力的破坏作用，改善材料的抗热震性能；且有助于促进尖晶石化膨胀效应的一致性。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种高温冶炼用莫来石纤维增强刚玉-尖晶石质预制件的制备方法。

背景技术

用于真空感应熔炉的预制坩埚材质包括刚玉质、刚玉莫来石、镁质等；其中刚玉-尖晶石预制坩埚是应用最为广泛的一种；这是因为刚玉-尖晶石质耐火材料具有优异的高温性能如高耐火度、高强度、抗渣侵蚀性能等综合性能；真空冶炼环境较为苛刻，其最高温度可超过1700℃，单次冶炼周期可超过6h，循环周期温度超过1000℃，使用过程中要同时经受温度变化、渣金的侵蚀和气氛影响等协同效应所带来的冲击。

为提升刚玉-尖晶石预制坩埚的寿命，需要提高材料的抗热震性、抗侵蚀性能等使用性能，可通过调整颗粒级配、改变颗粒形状、相变增韧(如引入氧化锆、氧化铬)以及引入第三添加相如钢纤维造成热膨胀性失配等多种办法；近年来，通过引入微孔刚玉原料替代传统刚玉来提高材料的抗热震性能也取得了一定成效；还能降低材料重量实现材料轻量化；为缓冲高温条件下温度变化所带来的热应力，通过加入适量硅微粉高温下局部形成微量液相亦能提高材料的抗热震性；但此种方法存在一些问题：一是硅微粉自身很容易形成局部团聚，液相量的多少和分布均匀性不易控制，也会因局部液相量过大造成破坏甚至恶化材料性能；二是只有高温形成液相后才有可能改善材料的性能。

根据上述情况介绍，为更好适应真空冶炼环境，提高材料的使用性能，需进一步优化改善材料的组织结构，获得液相微量且均匀分布、显微结构致密，且中低温性能也优异的刚玉-尖晶石质材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种莫来石纤维增强刚玉-尖晶石质预制件的制备方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种莫来石纤维增强刚玉-尖晶石质预制件的制备方法，所述预制件的原料包括刚玉、尖晶石、镁砂细粉和氧化铝微粉，上述原料总重为100%；所述的刚玉包括刚玉颗粒与刚玉细粉；所述的尖晶石包括尖晶石颗粒与尖晶石细粉；所述的预制件还外加有分散剂、水和莫来石纤维；其中莫来石纤维的加入量为原料总质量的0.05-0.5%；将所有细粉、微粉、结合剂、分散剂、纤维进行预混，混料时长为2-6h；之后和颗粒料干混2-5min，之后一次性加水湿混搅拌3-8min浇注成型、养护；最后在110-250℃烘烤18-36h，即可制得预制件；莫来石纤维中的Al₂O₃、SiO₂以及从周围迁移碱性氧化物成分一起形成低熔点玻璃相，使得纤维由边缘向内呈逐渐玻璃化的趋势，因此材料中的液相被固定在纤维的周围；形成了高度分散的、零星液相。

莫来石纤维增强刚玉-尖晶石质预制件的原料组成及具体质量配比为：

刚玉颗粒 5-0mm 45-60%，

刚玉细粉 ≤0.088mm 10-20%，

尖晶石颗粒 1-0mm 5-15%，

尖晶石细粉 ≤0.044mm 5-15%，

镁砂细粉 ≤0.088mm 0.5-3%，

氧化铝微粉 6-10%，

结合剂 3-6%。