一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料及其制备方法。其技术方案是：以22～33wt％的改性多孔复合陶瓷颗粒I、26～32wt％的改性多孔复合陶瓷颗粒II为骨料，以21～35wt％的改性多孔复合陶瓷细粉、3～6wt％的单质Si粉和4～11wt％的碳粉为基质，先将所述骨料置于搅拌机中，加入占所述骨料和所述基质之和3～7wt％的改性液态热固性酚醛树脂，混合，再加入基质，搅拌，机压成型，在170～320℃条件下热处理，最后在1150～1460℃和埋碳环境中保温4～12小时，自然冷却，制得晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料。本发明专利技术所制制品导热系数低、强度高、热震稳定性能优异、抗渣性能优良和抗氧化性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料及其制备方法
本专利技术属于轻量化铝锆碳质耐火材料
尤其涉及一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料及其制备方法。
技术介绍
钢铁质量提升与节能减排是钢铁工业发展的重要方向。连铸工艺是钢铁生产重要环节，连铸用功能耐火材料的质量对钢液中夹杂物的引入和钢液保温具有重要影响。发展高质量连铸用功能耐火材料对减少钢液夹杂物含量、减少钢水温降有重要作用。Al2O3-ZrO2-C耐火材料被广泛应用于连铸用功能耐火材料器件的制备。目前，关于Al2O3-ZrO2-C耐火材料的研究已有很多报道，如“一种氧化镁微粉增强铝锆碳质滑板及其制备方法”(CN201910612116.3)专利技术，以电熔刚玉、锆莫来石、铝粉、碳素、氧化镁微粉等为原料，制得了铝锆碳质耐火材料。如文献技术(陈海山等.复合碳源和复合氧化铝微粉对铝锆碳质滑板性能的影响.工业炉，2020.42(1):69-72)以板状刚玉、电熔锆刚玉、单质硅粉、金属铝粉、炭黑和氧化铝微粉等为主要原料，制得了铝锆碳质耐火材料。又如文献技术(田锋，等.铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响.耐火材料，2013.47(6):440-442,446)以板状刚玉颗粒、电熔锆刚玉、白刚玉微粉、石墨、板状刚玉细粉和金属铝粉等为主要原料，也制得了铝锆碳质耐火材料。这些技术虽有各自的优点，但仍存在以下几个问题：(1)现有Al2O3-ZrO2-C耐火材料制品采用板状刚玉、锆刚玉、锆莫来石等致密材料为骨料，密度大，与基质中高导热的碳共同导致所得制品导热系数过高，热量流失快，浪费能源；(2)致密骨料的表面较为光滑，且与基质中非氧化物的界面相容性差，导致骨料/基质界面结合强度较低，不仅制品强度低，还限制了制品的热震稳定性能、抗渣性能和抗氧化性能的提高；(3)虽然利用了晶须等对Al2O3-ZrO2-C耐火材料的基质部分进行了一定增强，但生成的晶须主要分布在基质中，骨料/基质界面处的晶须桥接数量较少，且晶须与骨料界面相容性差，对骨料/基质界面的增强有限，所得制品强度有待进一步提高；(4)ZrO2一般以锆莫来石、锆刚玉等形式与其他原料共存于耐火材料内部，其他原料，特别是占耐火材料体积比例较大的刚玉骨料中没有ZrO2，这使得ZrO2在现有Al2O3-ZrO2-C耐火材料中的分布极其不均匀，限制了ZrO2对材料性能的提升。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种导热系数低、强度高、热震稳定性能优异、抗渣性能优良和抗氧化性能好的晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的具体步骤是：步骤1、改性多孔复合陶瓷颗粒和改性多孔复合陶瓷细粉的制备步骤1.1、将氢氧化铝细粉置于高温炉内，以2～3.6℃/min的速率升温至280～440℃，保温5～9h，自然冷却，得到孔隙率高的氧化铝粉体。步骤1.2、按所述孔隙率高的氧化铝粉体∶硅溶胶的质量比为100∶13～22，先将所述孔隙率高的氧化铝粉体置于真空搅拌机中，抽真空至1.9～2.6kPa；再加入所述硅溶胶，搅拌18～30min，关闭抽真空系统，得到混合料I。按所述混合料I和锆莫来石细粉的质量比为100∶33～38，将混合料I和所述锆莫来石细粉置于搅拌机中，搅拌均匀，得到混合料II。步骤1.3、将所述混合料II在150～260℃条件下保温1～4h，在110～190MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～160℃条件下干燥18～32h；然后将干燥后的坯体置于高温炉内，以4.5～6℃/min的速率升温至1740～1860℃，保温2～5h，自然冷却，得到以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料。所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料：显气孔率为22.3～34.8％；体积密度为2.69～3.13g/cm3；耐压强度为94～224MPa；平均孔径为360nm～1.81μm，孔径分布为双峰，小孔峰为280～740nm，大孔峰为1.32～2.25μm。步骤1.4、按所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料∶改性溶液的质量比为100∶38～45，将所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料置于真空装置中，抽真空至1.7～2.4kPa，再加入所述改性溶液，静置30～50min，关闭抽真空系统，在110～160℃条件下干燥24～32h，得到改性多孔复合陶瓷材料；所述改性溶液的制备方法是：按去离子水∶催化剂的质量比为100∶2.6～3.4，将所述去离子水和所述催化剂混合，搅拌均匀，得到改性溶液。步骤1.5、将所述改性多孔复合陶瓷材料破粉碎，筛分，分别得到改性多孔复合陶瓷颗粒I、改性多孔复合陶瓷颗粒II和改性多孔复合陶瓷细粉。所述改性多孔复合陶瓷颗粒I的粒径小于3.2mm且大于等于1.3mm，所述改性多孔复合陶瓷颗粒II的粒径小于1.3mm且大于等于0.6mm，所述改性多孔复合陶瓷细粉的粒径小于0.088mm。步骤2、晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料的制备以22～33wt％的改性多孔复合陶瓷颗粒I、26～32wt％的改性多孔复合陶瓷颗粒II为骨料，以21～35wt％的改性多孔复合陶瓷细粉、3～6wt％的单质Si粉和4～11wt％的碳粉为基质；先将所述骨料置于搅拌机中，再加入占所述骨料和所述基质之和3～7wt％的改性液态热固性酚醛树脂，混合，然后加入所述基质，搅拌均匀，在110～230MPa条件下机压成型，在170～320℃条件下热处理12～30小时，最后在1150～1460℃条件下于埋碳环境中保温4～12小时，自然冷却，制得晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料。所述改性液态热固性酚醛树脂的制备方法是：按液态热固性酚醛树脂∶六水硝酸镍的质量比为100∶6～11，将所述液态热固性酚醛树脂和所述六水硝酸镍混合，搅拌均匀，得到改性液态热固性酚醛树脂。所述氢氧化铝细粉的粒径＜0.088mm；所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为64～65wt％。所述锆莫来石细粉的粒径＜0.045mm；所述锆莫来石细粉的ZrO2含量为30～39wt％。所述硅溶胶的SiO2含量为24～33wt％。所述催化剂为九水硝酸铁、六水硝酸钴中的一种或两种；其中：所述九水硝酸铁的Fe(NO3)3·9H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸钴的Co(NO3)2·6H2O含量大于98wt％。所述单质Si粉的粒径＜0.045mm；所述单质Si粉的Si含量＞98wt％。所述碳粉为鳞片石墨和微晶石墨中的一种或两种，所述碳粉的粒径＜0.074mm；所述鳞片石墨的C含量＞97wt％，所述微晶石墨的C含量＞97wt％。所述液态热固性酚醛树脂的残碳率＞40％。所述六水硝酸镍的Ni(NO3)2·6H2O含量＞98wt％。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比有如下积极效果：(1)本专利技术采用的改性多孔复合陶瓷颗粒引入了微纳米孔多孔结构，能够有效降低制品导热系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：/n步骤1、改性多孔复合陶瓷颗粒和改性多孔复合陶瓷细粉的制备/n步骤1.1、将氢氧化铝细粉置于高温炉内，以2～3.6℃/min的速率升温至280～440℃，保温5～9h，自然冷却，得到孔隙率高的氧化铝粉体；/n步骤1.2、按所述孔隙率高的氧化铝粉体∶硅溶胶的质量比为100∶13～22，先将所述孔隙率高的氧化铝粉体置于真空搅拌机中，抽真空至1.9～2.6kPa；再加入所述硅溶胶，搅拌18～30min，关闭抽真空系统，得到混合料I；/n按所述混合料I和锆莫来石细粉的质量比为100∶33～38，将混合料I和所述锆莫来石细粉置于搅拌机中，搅拌均匀，得到混合料II；/n步骤1.3、将所述混合料II在150～260℃条件下保温1～4h，在110～190MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～160℃条件下干燥18～32h；然后将干燥后的坯体置于高温炉内，以4.5～6℃/min的速率升温至1740～1860℃，保温2～5h，自然冷却，得到以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料；/n所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料：显气孔率为22.3～34.8％；体积密度为2.69～3.13g/cm...

【技术特征摘要】
1.一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤1、改性多孔复合陶瓷颗粒和改性多孔复合陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉置于高温炉内，以2～3.6℃/min的速率升温至280～440℃，保温5～9h，自然冷却，得到孔隙率高的氧化铝粉体；
步骤1.2、按所述孔隙率高的氧化铝粉体∶硅溶胶的质量比为100∶13～22，先将所述孔隙率高的氧化铝粉体置于真空搅拌机中，抽真空至1.9～2.6kPa；再加入所述硅溶胶，搅拌18～30min，关闭抽真空系统，得到混合料I；
按所述混合料I和锆莫来石细粉的质量比为100∶33～38，将混合料I和所述锆莫来石细粉置于搅拌机中，搅拌均匀，得到混合料II；
步骤1.3、将所述混合料II在150～260℃条件下保温1～4h，在110～190MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～160℃条件下干燥18～32h；然后将干燥后的坯体置于高温炉内，以4.5～6℃/min的速率升温至1740～1860℃，保温2～5h，自然冷却，得到以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料；
所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料：显气孔率为22.3～34.8％；体积密度为2.69～3.13g/cm3；耐压强度为94～224MPa；平均孔径为360nm～1.81μm，孔径分布为双峰，小孔峰为280～740nm，大孔峰为1.32～2.25μm；
步骤1.4、按所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料∶改性溶液的质量比为100∶38～45，将所述以刚玉、莫来石和斜锆石为主晶相的多孔复合陶瓷材料置于真空装置中，抽真空至1.7～2.4kPa，再加入所述改性溶液，静置30～50min，关闭抽真空系统，在110～160℃条件下干燥24～32h，得到改性多孔复合陶瓷材料；
所述改性溶液的制备方法是：按去离子水∶催化剂的质量比为100∶2.6～3.4，将所述去离子水和所述催化剂混合，搅拌均匀，得到改性溶液；
步骤1.5、将所述改性多孔复合陶瓷材料破粉碎，筛分，分别得到改性多孔复合陶瓷颗粒I、改性多孔复合陶瓷颗粒II和改性多孔复合陶瓷细粉；
所述改性多孔复合陶瓷颗粒I的粒径小于3.2mm且大于等于1.3mm，所述改性多孔复合陶瓷颗粒II的粒径小于1.3mm且大于等于0.6mm，所述改性多孔复合陶瓷细粉的粒径小于0.088mm；
步骤2、晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料的制备
以22～33wt％的改性多孔复合陶瓷颗粒I、26～32wt％的改性多孔复合陶瓷颗粒II为骨料，以21～35wt％的改性多孔复合陶瓷细粉、3～6wt％的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢文，陈哲，白晨，李亚伟，李远兵，李楠，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42