氧化锆陶瓷、由其制成的多孔材料和用于制造氧化锆陶瓷的方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷和冶金领域并且涉及一种氧化锆陶瓷和一种由其制成的多孔材料，如它们例如可以作为铸造过滤器用于钢模铸造的那样。因此，本发明专利技术的目的在于提供一种氧化锆陶瓷和一种由其制成的多孔材料，它们具有在高温下的高的强度和抗蠕变性，特别是当在钢铸件中使用时。该目的通过一种氧化锆陶瓷实现，该氧化锆陶瓷由>95重量％的氧化锆和莫来石和

Zirconia ceramics, porous materials made from them and methods for manufacturing zirconia ceramics

The present invention relates to the field of ceramics and metallurgy and to a zirconia ceramics and a porous material made from it, as they can be used as casting filters for steel mould casting, for example. Therefore, the object of the present invention is to provide a zirconia ceramic and a porous material made from it, which have high strength and creep resistance at high temperature, especially when used in steel castings. The aim is achieved by a zirconia ceramic consisting of zirconia, mullite and Mullite with a weight of more than 95%.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化锆陶瓷、由其制成的多孔材料和用于制造氧化锆陶瓷的方法
本专利技术涉及陶瓷和冶金领域并且涉及一种氧化锆陶瓷和一种由其制成的多孔材料，如它们例如可以作为耐火材料用于冶金或作为铸造过滤器用于钢模铸造，本专利技术还涉及一种用于制造氧化锆陶瓷的方法。
技术介绍
高温稳定的陶瓷例如被作为铸模或铸造过滤器应用于冶金和耐火工业应用领域中。在此情况下，这些陶瓷与非常热的熔融金属直接且突然地接触并且然后可以充分利用它们的特别是在温度稳定性方面的有利特性。因此，由钢铸件制成的成型件在铸造厂中在大约1600-1650℃熔化温度下已经通过由氧化锆陶瓷制成的过滤器被浇注到铸模中。作为过滤器，使用多孔材料形式的氧化锆陶瓷，主要是所谓的开孔泡沫陶瓷、挤出蜂窝体或压制滤网芯形式的氧化锆陶瓷。具有广泛的不同材料的氧化锆陶瓷或高氧化锆含量的陶瓷。氧化锆陶瓷通常在使用烧结和稳定添加物下通过烧结细的氧化锆粉末来制造。在上述应用领域中很少使用纯的氧化锆陶瓷，而大多使用具有高氧化锆含量的混合陶瓷，因为近乎纯的氧化锆陶瓷的制造都是昂贵和复杂的并且因此不用于耐火材料应用。耐火陶瓷的常见组分除了氧化锆以外是二氧化硅和氧化铝。该成分用化学分子式表示。但是，对于特性来说决定性的是产生的微观结构组分，该微观结构组分由在三相图ZrO2-Al2O3-SiO2中的化合物的各种不同的结晶成分和由玻璃状组分构成。在此重要的是结晶化合物氧化锆ZrO2、氧化铝Al2O3、硅酸锆ZrSiO4(通常称为锆)，和硅酸铝Al6Si2O13(莫来石)。例如从Rendtorff，NM等人的：CeramicsInternational34(2008)2017，2024中已知，含氧化锆的陶瓷也可以通过所谓的反应烧结由起始材料硅酸锆和氧化铝来制造，其具有优点，即为此不必使用相对昂贵且难以加工的细氧化锆粉末。为此目的，将硅酸锆ZrSiO4与铝或氧化铝混合、成型并进行热处理。因此，在此由反应方程式Al2O3+2ZrSiO4→3Al2O3·2SiO2+ZrO2，产生由氧化锆和莫来石，以及部分地由未转化的起始材料以及玻璃状组分构成的复合材料。在54.5重量％ZrSiO4和45.5重量％Al2O3的化学计量反应中产生由36.6重量％ZrO2和63.4重量％Al6Si2O13(莫来石)构成的复合材料。重量％数据可以通过化合物氧化锆(5.70g/cm3)、氧化铝(3.94g/cm3)、硅酸锆(4.65g/cm3)和莫来石(3.16g/cm3)的已知的纯密度容易地转换成体积百分比(体积％)。体积百分比的数据尤其是在涉及对显微图的分析和微观结构组分对陶瓷特性的影响的解释时是有利的。上面给出的化学计量反应得到由24.3体积％ZrO2和75.7体积％莫来石构成的复合材料。这种复合材料的缺点在于，高莫来石含量不利于在高温应用下的强度和抗蠕变性。从Lathabai，S.等人的J.Am.Ceram.Soc.79(1)248-56，1996中已知，将细氧化锆粉末加入由硅酸锆和铝/氧化铝构成的起始混合物中可以改善组分的反应转化率。但是，由此也再次增加了细粉末的成本和加工难度。用于钢铸件的、由蜂窝陶瓷(开孔泡沫陶瓷、挤出蜂窝体、压制滤网芯)制成的铸造过滤器公知地由高氧化锆含量的陶瓷制成。最常见的是开孔泡沫陶瓷形式的蜂窝陶瓷，其通过开孔聚氨酯泡沫的模铸工艺(也称为模板工艺)生产(US3,090,094B-Schwartzwalder)。US3,893,917B(Alusuisse)描述了一种由氧化物陶瓷，例如Cr2O3、ZrO2、MgO、TiO2、制成的泡沫陶瓷-铸造过滤器。JP62269724A(Bridgestone)描述了一种由5-35％ZrO2和95-65％Al2O3制成的铸造过滤器。US4,923,830B(Selee)描述了一种氧化锆过滤器，US5,045,511B描述了一种由氧化锆、氧化钇和氧化铝制成的过滤器。但是，用根据现有技术的这些解决方案也没有解决在制造氧化锆陶瓷中的上述问题。根据US4,921,616B(C&C)，已知一种用于熔融金属的过滤器，它在>90重量％上由ZrO2和莫来石的复合材料组成，比例为20-40重量％的ZrO2和80-60重量％的莫来石(3Al2O3/2SiO2)，并且化学成分包含20-40重量％ZrO2、50-60重量％Al2O3和10-20重量％SiO2。硅酸锆和氧化铝作为起始材料的使用特别地在实施例2中提及。作为起始粉末提及具有1-5μm的粒度的粉末。但是，在现有技术的这种解决方案的情况下，也没有解决在高莫来石含量的过滤器的耐高温性方面的问题并且没有改善在制造过滤器中的加工困难。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种氧化锆陶瓷和一种由其制成的多孔材料，它们在高温下具有高的强度和抗蠕变性，特别是当在铸钢中使用时，和提供一种简单且成本有利的用于制造氧化锆陶瓷的方法。该目的通过在权利要求中给出的专利技术来实现。有利的实施方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术的氧化锆陶瓷由≥95重量％的氧化锆和莫来石和≤5重量％的添加物组成，其中，在≥95重量％的氧化锆和莫来石中至少55至90重量％是氧化锆，并且氧化锆存在于具有至少一个双峰粒度分布的微观结构中，所述双峰粒度分布的峰值相互至少间隔开粒度的10倍，从而至少较粗的和较细的氧化锆存在于微观结构中，并且作为添加物，所用的起始材料的至少一些组分以未改变的形式存在或作为反应产物存在。有利地，在氧化锆陶瓷中存在65至85重量％的氧化锆。同样有利地，在氧化锆的总含量中，50至90体积％，更有利地55至75体积％的较粗的氧化锆存在于微观结构中。此外有利地，在具有较粗的峰值的微观结构中的氧化锆的粒度分布具有在15和200μm之间、优选在30和100μm之间的范围内的平均粒度，并且在具有较细的峰值的微观结构中的氧化锆的粒度分布具有在0.5至5μm之间、优选在1至3μm之间的范围内的平均粒度。并且也有利地，作为添加物，作为所用的起始材料的组分存在硅酸锆、氧化铝，或作为反应产物存在尖晶石或堇青石。根据本专利技术的多孔材料由氧化锆陶瓷组成，该氧化锆陶瓷由≥95重量％的氧化锆和莫来石和≤5重量％的添加物制成，其中，在≥95重量％的氧化锆和莫来石中至少55至90重量％是氧化锆，并且氧化锆存在于具有至少一个双峰粒度分布的微观结构中，所述双峰粒度分布的峰值相互至少间隔开粒度的10倍，从而至少较粗的和较细的氧化锆存在于微观结构中，其中，该氧化锆陶瓷至少部分地是网状物材料，多孔材料的孔室由该网状物材料构成。如果网状物完全由氧化锆陶瓷组成并且具有空腔、裂缝和/或孔隙，则是有利的。如果多孔材料以开孔泡沫陶瓷、挤出蜂窝体或压制滤网芯(Siebkernen)的形式存在，则也是有利的。如果在氧化锆陶瓷中存在65至85重量％的氧化锆，则同样是有利的。并且如果在氧化锆的总含量中，50至90体积％，更有利地55至75体积％的较粗的氧化锆存在于微观结构中，则也是有利的。如果在具有较粗的峰值的微观结构中的氧化锆的粒度分布具有在15和200μm之间、优选在30和100μm之间的范围内的平均粒度，并且在具有较细的峰值的微观结构中的氧化锆的粒度分布具有在0.5至5μm之间、优选在1至3μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆陶瓷，其由≥95重量％的氧化锆和莫来石和≤5重量％的添加物组成，其中，在≥95重量％的氧化锆和莫来石中至少55至90重量％是氧化锆，以及氧化锆存在于具有至少一个双峰粒度分布的微观结构中，所述双峰粒度分布的峰值相互至少间隔开粒度的10倍，使得至少较粗的和较细的氧化锆存在于该微观结构中，以及作为添加物，所使用的起始材料中的至少一些组分以未改变的形式或作为反应产物存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.10 DE 102016210378.41.一种氧化锆陶瓷，其由≥95重量％的氧化锆和莫来石和≤5重量％的添加物组成，其中，在≥95重量％的氧化锆和莫来石中至少55至90重量％是氧化锆，以及氧化锆存在于具有至少一个双峰粒度分布的微观结构中，所述双峰粒度分布的峰值相互至少间隔开粒度的10倍，使得至少较粗的和较细的氧化锆存在于该微观结构中，以及作为添加物，所使用的起始材料中的至少一些组分以未改变的形式或作为反应产物存在。2.根据权利要求1的氧化锆陶瓷，其中，在氧化锆陶瓷中存在65至85重量％的氧化锆。3.根据权利要求1的氧化锆陶瓷，其中，在氧化锆的总含量中，50至90体积％、有利地55至75体积％的较粗的氧化锆存在于微观结构中。4.根据权利要求1的氧化锆陶瓷，其中，在具有较粗的峰值的微观结构中的氧化锆的粒度分布具有在15和200μm之间、优选在30和100μm之间的范围内的平均粒度，以及在具有较细的峰值的微观结构中的氧化锆的粒度分布具有在0.5至5μm之间、优选在1至3μm之间的范围内的平均粒度。5.根据权利要求1的氧化锆陶瓷，其中，作为添加物，存在硅酸锆、氧化铝或作为反应产物存在尖晶石或堇青石，作为使用的起始材料的组分。6.一种多孔材料，其由≥95重量％的氧化锆和莫来石和≤5重量％的添加物制成的氧化锆陶瓷组成，其中，在≥95重量％的氧化锆和莫来石中至少55至90重量％是氧化锆，以及氧化锆存在于具有至少一个双峰粒度分布的微观结构中，所述双峰粒度分布的峰值相互至少间隔开粒度的10倍，使得至少较粗的和较细的氧化锆存在于微观结构中，其中，该氧化锆陶瓷至少部分地是构成多孔材料的孔室的网状物材料。7.根据权利要求6所述的多孔材料，其中，所述网状物完全由氧化锆陶瓷组成以及具有空腔、裂缝和/或孔隙。8.根据权利要求6所述的多孔材料，其中，所述多孔材料以开孔泡沫陶瓷、挤出蜂窝体或压制滤网芯的形式存在。9.根据权利要求6的多孔材料，其中，在所述氧化锆陶瓷中存在65至85重量％的氧化锆。10.根据权利要求6的多孔材料，其中，在氧化锆的总含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·阿德勒，G·斯坦德克，D·哈泽，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE