一种高强度耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度耐火材料及其制备方法；该高强度耐火材料由以质量份计的以下组分组成：72~90份氧化锆粉体，15~20份氮化锆粉体，12~28份二氧化铪粉体，8~16份铪酸钡粉体，6~9份氧化钕粉体，24~48份铝矾土，15~25份结合剂。本发明专利技术所述的高强度耐火材料具有优异的抗渗透、抗侵蚀性能，同时表现出良好的抗热震性，特别是，其高温抗折强度与耐压强度均显著优于市售的氧化锆系耐火材料，因此能够满足各种工况下耐火材料的使用要求，从而大大延长使用寿命。此外，所述高强度耐火材料的制备方法还具有热处理所需温度低，耗时短，易于操作等优点。因此，本发明专利技术所述的高强度耐火材料及其制备方法具有广阔的应用前景。

A high strength refractory and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐火材料及其制备方法
本专利技术属于耐火材料
，特别涉及一种高强度耐火材料，还涉及该高强度耐火材料的制备方法。
技术介绍
众所周知，二氧化锆（即氧化锆，ZrO2）无臭、无味，其为白色重质无定形粉末。氧化锆微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水；其相对密度为5.85，熔点2680℃，沸点4300℃，并且其硬度次于金刚石。基于上述特性，氧化锆被广泛用于制备各种市售的耐火材料。然而，现有的氧化锆系耐火材料往往具有耐压强度和抗折强度偏低等缺陷，从而无法实现工业化应用的普适性。现有技术中，例如，圣戈班欧洲设计研究中心所拥有的中国专利CN1294104C披露了一种高氧化锆含量的熔铸耐火材料，它由以氧化物为基准计的以下物质构成：ZrO2＞92重量%SiO2：2-8重量%Na2O：0.12-1重量%Al2O3：0.2-2重量%0.5重量%≤Y2O3+CaO≤2.6重量%，前提是Y2O3：0.3-2重量%，或者前提是CaO：0.5-1.93重量%。又如，中国专利申请CN109626993A提供了一种氧化锆耐火材料，包括以下组分：电熔单斜氧化锆50%-55%、重烧镁砂细粉6%-9%、金属铝粉8%-12%、氧化钇2%-6%、氧化钡1%-5%、酚醛-丁腈型热塑性酚醛树脂2%-6%、其余为六亚甲基四胺。虽然，CN109626993A提供的氧化锆耐火材料的断裂韧性和强度有所提升，但还达不到实际推广应用的标准。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，专利技术人研发并制备了一种全新的氧化锆系耐火材料。该新的氧化锆系耐火材料不但易于制备成型，具有外观缺陷少，成品率高的优点，而且表现出较高的耐压强度与抗折强度，从而拥有更长的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种高强度耐火材料，其由以质量份计的以下组分组成：氧化锆粉体72~90份氮化锆粉体15~20份二氧化铪粉体12~28份铪酸钡粉体8~16份氧化钕粉体6~9份铝矾土24~48份结合剂15~25份。优选地，在上述高强度耐火材料中，各组分的质量份配比为：氧化锆粉体76~85份氮化锆粉体16~18份二氧化铪粉体17~24份铪酸钡粉体10~13份氧化钕粉体7~9份铝矾土30~44份结合剂18~21份。值得补充说明的是，氮化锆（NZr）粉体纯度高，粒径小，比表面积大，表面活性高；NZr是一种难熔硬质化合物，分解温度高，化学稳定性好，所以NZr的添加能够提升所述高强度耐火材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能，从而NZr可在本专利技术所提供的技术方案中作为高温结构原料之一。纳米级二氧化铪（HfO2）粉体具有单斜、四方和立方三种晶体结构，以上述特定配比与氧化锆粉体配合使用，意外地改善了成品的成品率，且减少了材料内气泡、裂纹等外观缺陷的发生。专利技术人意外地发现纳米级铪酸钡粉体的使用有利于提升耐火材料的致密性，因此将其作为本专利技术所提供的技术方案中的高温结构原料之一。此外，少量的氧化钕（Nd2O3）作为一种稀土金属氧化物，它的添加促进了成品的耐高温特性，并在一定程度上减少了热处理所耗费的时间。优选地，在上述高强度耐火材料中，所述氧化锆粉体的平均粒径为20~32μm，所述氮化锆粉体的平均粒径为40~60μm，所述二氧化铪粉体的平均粒径为50~65nm，所述铪酸钡粉体的平均粒径为70~80nm，所述氧化钕粉体的平均粒径为12~25μm。优选地，在上述高强度耐火材料中，在所述铝矾土中：Al2O3含量大于80wt%，Fe2O3含量小于2wt%；并且，所述铝矾土的颗粒级配为：粒径小于300μm且大于等于160μm的颗粒占55~75wt%，粒径小于160μm且大于等于40μm的颗粒占25~45wt%。优选地，在上述高强度耐火材料中，所述结合剂为热固性酚醛树脂，所述热固性酚醛树脂的残碳率≥60%。进一步优选地，在上述高强度耐火材料中，制备所述热固性酚醛树脂的原料包括：邻苯基苯酚，邻乙酚，对乙酚，甲醛。更进一步优选地，在上述高强度耐火材料中，所述邻苯基苯酚、所述邻乙酚、所述对乙酚和所述甲醛的摩尔比为（1~2）：（4~5）：（2~5）：（9~18）。值得指出的是，经实验证明，作为结合剂的所述热固性酚醛树脂的使用不但有利于上述各种粉体原料的粘结，而且显著降低了热处理所需的温度。同时，本专利技术第二方面提供了第一方面所述的高强度耐火材料的制备方法，其包括以下步骤：S1：将所述氧化锆粉体、所述氮化锆粉体、所述二氧化铪粉体、所述铪酸钡粉体、所述氧化钕粉体以及第一部分所述结合剂一并加入至混碾机内，混碾5~10分钟；S2：将所述铝矾土与剩余的第二部分所述结合剂加入至该混碾机内，混碾15~30分钟，得到混合料；S3：将所述混合料于90~120MPa压力下机压成型，并在130~180℃温度下干燥24~36小时，制得干燥后的坯体；S4：将所述干燥后的坯体置于烧结炉中，通入氮气后，热处理，随炉自然冷却，即得所述高强度耐火材料。优选地，在上述制备方法中，S1中的第一部分所述结合剂和S2中的第二部分所述结合剂的质量比为3：2。经过实验分析证实，结合剂的分批添加有利于各种粉体原料的充分接触与彼此粘结。优选地，在上述制备方法中，S4中的热处理为：在1150~1450℃温度下保温5~7小时。由此可见，上述制备方法步骤简单，易于操作，适用于大规模工业化生产。总之，与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下有益效果：经检测，本专利技术所述的高强度耐火材料具有优异的抗渗透、抗侵蚀性能，同时表现出良好的抗热震性，特别是，其高温抗折强度与耐压强度均显著优于市售的氧化锆系耐火材料，因此能够满足各种工况下耐火材料的使用要求，从而大大延长使用寿命。此外，所述高强度耐火材料的制备方法还具有热处理所需温度低，耗时短，易于操作等优点。因此，本专利技术所述的高强度耐火材料及其制备方法具有广阔的应用前景。具体实施方式根据本专利技术第一方面的高强度耐火材料，其由以质量份计的以下组分组成：氧化锆粉体76~85份氮化锆粉体16~18份二氧化铪粉体17~24份铪酸钡粉体10~13份氧化钕粉体7~9份铝矾土30~44份结合剂18~21份。在一个优选实施例中，所述氧化锆粉体的平均粒径为20~32μm，所述氮化锆粉体的平均粒径为40~60μm，所述二氧化铪粉体的平均粒径为50~65nm，所述铪酸钡粉体的平均粒径为70~80nm，所述氧化钕粉体的平均粒径为12~25μm。在一个优选实施例中，在所述铝矾土中：Al2O3含量大于80wt%，Fe2O3含量小于2wt%；并且，所述铝矾土的颗粒级配为：粒径小于300μm且大于等于160μm的颗粒占55~75wt%，粒径小于160μm且大于等于40μm的颗粒占25~45wt%。在一个优选实施例中，所述结合剂为热固性酚醛树脂，所述热固性酚醛树脂的残碳率≥60%。在一个进一步优选的实施例中，制备所述热固性酚醛树脂的原料包括：邻苯基苯酚，邻乙酚，对乙酚，甲醛。在一个更进一步优选的实施例中，所述邻苯基苯酚、所述邻乙酚、所述对乙酚和所述甲醛的摩尔比为（1~2）：（4~5）：（2~5）：（9~18）。根据本专利技术第二方面的所述高强度耐火材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将所述氧化锆粉体、所述氮化锆粉体、所述二氧化铪粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度耐火材料，其特征在于，由以质量份计的以下组分组成：氧化锆粉体        72~90份氮化锆粉体        15~20份二氧化铪粉体      12~28份铪酸钡粉体        8~16份氧化钕粉体        6~9份铝矾土            24~48份结合剂            15~25份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐火材料，其特征在于，由以质量份计的以下组分组成：氧化锆粉体72~90份氮化锆粉体15~20份二氧化铪粉体12~28份铪酸钡粉体8~16份氧化钕粉体6~9份铝矾土24~48份结合剂15~25份。2.根据权利要求1所述的高强度耐火材料，其特征在于，由以质量份计的以下组分组成：氧化锆粉体76~85份氮化锆粉体16~18份二氧化铪粉体17~24份铪酸钡粉体10~13份氧化钕粉体7~9份铝矾土30~44份结合剂18~21份。3.根据权利要求1所述的高强度耐火材料，其特征在于，所述氧化锆粉体的平均粒径为20~32μm，所述氮化锆粉体的平均粒径为40~60μm，所述二氧化铪粉体的平均粒径为50~65nm，所述铪酸钡粉体的平均粒径为70~80nm，所述氧化钕粉体的平均粒径为12~25μm。4.根据权利要求1所述的高强度耐火材料，其特征在于，在所述铝矾土中：Al2O3含量大于80wt%，Fe2O3含量小于2wt%；并且，所述铝矾土的颗粒级配为：粒径小于300μm且大于等于160μm的颗粒占55~75wt%，粒径小于160μm且大于等于40μm的颗粒占25~45wt%。5.根据权利要求1所述的高强度耐火材料，其特征在于，所述结合剂为热固性酚醛树脂，所述热固...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁武，
申请(专利权)人：长沙华脉新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43