CN101798230B - 一种氧化锆增韧氧化铝空心球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化锆增韧高强度氧化铝空心球的制备方法。该方法以工业氧化铝为主要原料，并引入含锆增韧材料，在三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，倾炉用空气进行喷吹，然后经过筛分得到0.2～5mm的氧化锆增韧氧化铝空心球。该空心球与目前采用纯工业氧化铝生产的氧化铝空心球相比，具有更好的强度和韧性，抗热震性能大幅度提高，特别适合应用于急冷急热部位，使用温度高，可广泛应用于各种轻质砖以及保温浇注料。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料的制备方法，尤其涉及一种氧化锆增韧氧化铝空心球的制备方法。
背景技术
在传统能源日益枯竭而新能源发展缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构高温炉所需的内衬材料，改变传统的超高温窑炉由于采用重质结构而存在的热容量大、升温速率低、能耗大、使用寿命短、中期维修量大等缺点，节约能源，降低能耗，为人类可持续发展服务。
由于轻质保温材料是通过引入气孔的方式获得低热导率，引入大量气孔会导致轻质材料的重烧线收缩率提高、荷重软化温度降低、高温蠕变严重、耐压强度降低，从而使隔热材料的使用温度很难提高，并使应用范围受到限制，因此寻找新的方法制备新的高温隔热材料一直是各国专家的工作重点。1986年苏联材料工作者采用增加Al2O3含量和成球预烧的办法，生产出使用温度可达1750℃的高温隔热材料；20世纪80年代中期又成功地生产出轻质氧化铝空心球陶瓷，氧化铝纤维等轻质隔热材料，使用温度可达1500～1800℃，不但可以做隔热层，也可以与火焰直接接触。在现有的隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高，隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料，其中轻质氧化铝空心球陶瓷是隔热材料技术进步的一个标志，它克服了原有泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的缺点，可直接接触火焰，可作为高温内衬结构材料使用，能够推动传统高温窑炉结构改造，为设计新型窑炉结构奠定基础。但是目前采用纯工业氧化铝制备的氧化铝空心球质脆，韧性较差，在震动成型过程中空心球容易发生破损，也限制了氧化铝空心球作为结构-隔热一体化材料在许多急冷急热部位中的应用。在陶瓷增韧材料中，以氧化锆增韧陶瓷材料最为普遍，氧化锆具有优良的力学性能，尤其是断裂韧性远高于氧化铝陶瓷，部分稳定氧化锆陶瓷的抗弯强度可达1000MPa，断裂韧性可达15MPa.m1/2，而氧化铝常温下的抗弯强度仅为412MPa，断裂韧性为4MPa.m1/2，氧化锆陶瓷主要利用亚稳四方相向单斜相的相变来提高陶瓷材料的强度和韧性，在制备氧化铝空心球的原料中添加氧化锆利用应力诱导相变和微裂纹增韧机理提高空心球的强度和韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化锆增韧氧化铝空心球的制备方法，所依据的技术原理是在原有制备氧化铝空心球的基础上，以工业氧化铝为主要原料，同时引入含锆增韧材料，采用电熔工艺制备氧化锆增韧氧化铝，熔融喷吹，利用氧化锆应力诱导相变和微裂纹增韧机理提高空心球的强度和韧性。
本发明所采用的技术方案如下：
以工业氧化铝的材料为原料，并引入含锆增韧材料锆英石和单斜氧化锆，在三相交流或直流电弧矿热炉中加热熔炼，料液温度达到2100～2500℃，然后用装在电弧矿热炉上的喷嘴倾炉喷吹成球，经过筛分后得到0.2～5mm不同规格的产品。
所述的工业氧化铝、锆英石和单斜氧化锆的质量百分含量分别是：工业氧化铝为92～95％，锆英石为0～3％，单斜氧化锆为2～5％。
喷吹后制得的0.2～5mm空心球堆积密度为0.78～0.85g/cm3。
本发明所具有的有益效果是：
以工业氧化铝为主要原料并引入含锆增韧材料制备出的氧化铝空心球，与目前采用纯工业氧化铝生产的氧化铝空心球相比，具有更好的强度和韧性，抗热震性能大幅度提高，特别适合应用于急冷急热部位，使用温度高，可广泛应用于各种轻质砖以及保温浇注料。
具体实施方式
实施例1：
原料配比采用工业氧化铝占95％，锆英石占3％，单斜氧化锆占2％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2100℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹形成氧化锆增韧氧化铝空心球。喷吹后有部分原料没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.78g/cm3，1100℃水冷三次耐压强度保持率为81％，断裂韧性为5.4MPa.m1/2。
实施例2：
原料配比采用工业氧化铝占92％，锆英石占3％，单斜氧化锆占5％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2400℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹形成氧化锆增韧氧化铝空心球。喷吹后有部分原料没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.82g/cm3，1100℃水冷三次耐压强度保持率为84％，断裂韧性为4.9MPa.m1/2。
实施例3：
原料配比采用工业氧化铝占95％，单斜氧化锆占5％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2500℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹形成氧化锆增韧氧化铝空心球。喷吹后有部分原料没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.85g/cm3，1100℃水冷三次耐压强度保持率为78％，断裂韧性为4.2MPa.m1/2，。
实施例4：
原料配比采用工业氧化铝占94％，锆英石占2％，单斜氧化锆占4％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2200℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹形成氧化锆增韧氧化铝空心球。喷吹后有部分原料没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.8g/cm3，1100℃水冷三次耐压强度保持率为82％，断裂韧性为5.1MPa.m1/2。
Claims (2)
1.一种氧化锆增韧氧化铝空心球的制备方法，其特征在于：以工业氧化铝的材料为原料，并引入含锆增韧材料锆英石和单斜氧化锆，在三相交流或直流电弧矿热炉中加热熔炼，料液温度达到2100～2500℃，然后用装在电弧矿热炉上的喷嘴倾炉喷吹成球，经过筛分后得到0.2～5mm不同规格的产品；
所述的工业氧化铝、锆英石和单斜氧化锆的质量百分含量分别是：工业氧化铝为92～95％，锆英石为0～3％，单斜氧化锆为2～5％。
2.根据权利要求1所述的一种氧化锆增韧氧化铝空心球的制备方法，其特征在于：喷吹后制得的0.2～5mm空心球堆积密度为0.78～0.85g/cm3。
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