CN101857448A - 二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品,由重量百分比为15%~55%的刚玉颗粒、15%~55%的莫来石颗粒、15%~45%的铝微粉、15%~25%的硅微粉和0%~40%的红柱石颗粒组成原料,刚玉颗粒、莫来石颗粒和红柱石颗粒均<3mm,铝微粉和硅微粉均≤2μm;以占原料总重5%~20%的二氧化钛溶胶作为结合剂。本发明还同时提供了其生产方法,包括如下步骤:1)、将全部原料放入混料机中干混;2)、在所得干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混;3)、将混合物依次经困料、压制成型、自然干燥和烧制。本发明所得制品具有优良的耐压强度和抗折强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料及其制备方法,具体的说,是一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品及其生产方法。
背景技术
目前,尽管刚玉莫来石复相陶瓷已同时具备刚玉和莫来石的优异性能,但其耐压抗折强度、抗热震性还是不尽如人意。
钛酸铝陶瓷材料因其具有熔点高(1860℃),热膨胀系数低(0.5~1.5×10-6/K)的优异性能,而越来越受到人们的重视。但其存在两个缺点:一是晶体在各个方向上膨胀系数差异较大易产生微裂纹,影响机械强度;二是在850℃~1300℃间易分解成金红石和刚玉相。
现有的研究多以钛酸铝为基体引入其他氧化物进行改性,如:在公开号为CN101456730A中,介绍了钛酸铝陶瓷中加入一定量的莫来石,有效提高材料的机械强度,抑制钛酸铝分解;在公开号为CN 101397207A中,介绍了将钛酸铝与钛酸锆材料复合,制备耐高温、抗热震、强度高的复合材料;在公开号为CN 101343174A中,介绍了利用纳米氧化铝和纳米二氧化钛,聚乙烯醇、聚乙烯等为粘结剂,制备耐磨损、抗腐蚀的氧化铝钛酸铝陶瓷复合材料。
只有少部分的研究是将钛酸铝作为第二相去改进陶瓷材料性能,如:在公开号CN100439283C中,介绍了在原料中引入钛白粉,制备堇青石钛酸铝窑具材料;在发表于2009年6月《耐火材料》第43卷第3期《莫来石-钛酸铝窑具的制备与性能研究》一文中,任耘等人采用原位合成技术合成莫来石-钛酸铝复相材料,合成的材料具有较高的高温抗折强度和良好的抗热震性;在2001年2月《鞍山钢铁学院学报》第24卷第1期《莫来石-钛酸铝复相材料的研究》一文中,郭玉香等人利用化学纯二氧化钛,在莫来石基质中原位形成钛酸铝,从而显著提高莫来石制品的抗热震稳定性和荷重软化温度。
目前,尚未有以二氧化钛溶胶为结合剂,在刚玉莫来石基质中原位生成钛酸铝来制备耐压、抗折和抗热震性能优异的复相陶瓷窑具的相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高莫来石的耐压强度、抗折强度和抗热震性能的二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品及其生产方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品,由重量百分比为15%~55%的刚玉颗粒、15%~55%的莫来石颗粒、15%~45%的铝微粉、15%~25%的硅微粉和0%~40%的红柱石颗粒组成原料,刚玉颗粒、莫来石颗粒和红柱石颗粒均<3mm,铝微粉和硅微粉均≤2μm;以占原料总重5%~20%的二氧化钛溶胶作为结合剂。
本发明还同时提供了上述二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法,包括如下步骤:
1)、将全部原料放入混料机中干混1~2小时,得到干粉料;
2)、在上述干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混1~2小时,得混合物;
3)、将混合物困料5~20小时后压制成型,成型压力110~150MPa,自然干燥1~1.5天后,在1450~1600℃下烧制8~10小时,得二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石窑具。
作为本发明的二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法的改进:二氧化钛溶胶的固相重量含量为2%~10%。
本发明中所用到的二氧化钛溶胶可按照2008年5月发表在《稀有金属材料与工程》“锐钛矿-金红石混晶TiO2溶胶的制备及光催化性能”(2008,37(2):201-204)进行制备:所用原料为钛酸丁酯、无水乙醇、去离子水(质量比为8∶4∶100),均为分析纯,用盐酸调节pH值为0.05,得到二氧化钛溶胶,然后将溶胶倒入广口烧杯中,置于干燥箱中在60℃下烘2-10h,所得二氧化钛溶胶的固相含量即为2%~10%。
本发明的刚玉莫来石制品生产方法,是发明人经过长期实验探索所获得的:在刚玉莫来石复相陶瓷中,如果能引入适量且分散性较好的钛酸铝,即可充分利用钛酸铝易产生微裂纹的性质,这样受热时晶格质点引起的热膨胀可被微裂纹抵消,从而增强刚玉莫来石复相陶瓷的抗热震性能。且复相陶瓷中新相莫来石的生成,包围在钛酸铝晶体周围,对其晶体产生巨大压应力,可以起到抑制晶格畸变,从而使钛酸铝稳定存在。
本发明的技术优点是:通过一定量二氧化钛溶胶的引入,产生了活性较高且分散均匀的二氧化钛颗粒,之后与铝微粉结合原位生成钛酸铝,所形成的微裂纹不仅起到了可以抵消热膨胀的效果而且也兼具有微裂纹增韧作用。另外莫来石的存在和新相莫来石的生成,使得莫来石晶粒包围在钛酸铝晶体周围,从而在烧结过程中由热膨胀性的差异而产生对钛酸铝晶体的巨大压应力,起到抑制晶格畸变、稳定晶格的作用。此外,高温烧结时莫来石中的二氧化硅成分扩散进入钛酸铝晶格中,也起到了抑制钛酸铝的分解。
本发明不仅充分利用了钛酸铝本身的优异性能,而且巧妙地利用了它易产生微裂纹的特点,更重要的是结合莫来石晶粒稳定其晶格达到了抑制钛酸铝分解的效果。
本发明以引入二氧化钛溶胶的方式,然后原位生成钛酸铝;本发明对二氧化钛溶胶的用量作了限定;原因是若钛酸铝生成过多,产生的裂纹会破坏刚玉莫来石的结构,起到负面影响。
采用本发明的方法生产的刚玉莫来石制品,体积密度2.5~3.0g/cm3,气孔率10%~25%,抗折强度15~40MPa,耐压强度80~130MPa,在推板窑中使用次数达到120~200次。而国内现有刚玉莫来石推板的抗折强度11MPa左右,耐压强度66MPa;从日本进口的推板其抗折强度12MPa左右,耐压强度100MPa左右。因此,本发明的刚玉莫来石制品与以上两种产品相比,有着更为优异的机械强度。
综上所述,本发明很好地改善了刚玉莫来石窑具制品,提高了其抗压抗折强度和使用寿命。采用本发明的方法生产的刚玉莫来石窑具制品,可用于推板、棚板、承烧板、匣钵等耐火材料,也可用于建筑材料、机械制造、石油化工、钢铁冶金、航天航空等。
具体实施方式
实施例1、一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法,由重量百分比为20%的刚玉颗粒(<3mm)、35%的莫来石颗粒(<3mm)、15%的铝微粉(≤2μm)、15%的硅微粉(≤2μm)和15%的红柱石颗粒(<3mm)组成原料,以占原料总重20%的二氧化钛溶胶作为结合剂,该二氧化钛溶胶中二氧化钛的固相重量含量为5%;依次进行如下步骤:
1)、将全部原料放入混料机中干混1小时,得到干粉料;
2)、在干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混2小时,得混合物;
3)、将混合物室温下困料20小时后压制成型,成型压力120Mpa;自然干燥1天(24h)后,在1450℃下烧制8小时,得到二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.7g/cm3,气孔率12%,抗折强度30MPa,耐压强度110MPa,在推板窑中使用次数达到120次。
实施例2、一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法,由重量百分比为15%的刚玉颗粒(<3mm)、35%的莫来石颗粒(<3mm)、25%的铝微粉(≤2μm)和25%的硅微粉(≤2μm)组成原料,以占原料总重5%的二氧化钛溶胶作为结合剂,该二氧化钛溶胶中二氧化钛的固相重量含量为10%;依次进行如下步骤:
1)、将全部原料放入混料机中干混2小时,得到干粉料;
2)、在干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混1小时,得混合物;
3)、将混合物室温下困料5小时后压制成型,成型压力150MPa,自然干燥1.5天后,在1600℃下烧制10小时,得二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.9g/cm3,气孔率20%,抗折强度35MPa,耐压强度120MPa,在推板窑中使用次数达到175次。
实施例3、一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法,由重量百分比为40%的刚玉颗粒(<3mm)、15%的莫来石颗粒(<3mm)、15%的铝微粉(≤2μm)、20%的硅微粉(≤2μm)和10%的红柱石颗粒(<3mm)组成原料,以占原料总重10%的二氧化钛溶胶作为结合剂,该二氧化钛溶胶中二氧化钛的固相重量含量为2%;依次进行如下步骤:
1)、将全部原料放入混料机中干混2小时,得到干粉料;
2)、在干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混2小时,得混合物;
3)、将混合物室温下困料5小时后压制成型,成型压力110Mpa;自然干燥1天后,在1500℃下烧制8小时,得二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.77g/cm3,气孔率15%,抗折强度30MPa,耐压强度120MPa,在推板窑中使用次数达到140次。
实施例4、一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石窑具的生产方法,由重量百分比为30%的刚玉颗粒(<3mm)、15%的莫来石颗粒(<3mm)、20%的铝微粉(≤2μm)、15%的硅微粉(≤2μm)、20%的红柱石颗粒(<3mm)组成原料,以占原料总重5%的二氧化钛溶胶作为结合剂,该二氧化钛溶胶中二氧化钛的固相重量含量为2%;依次进行如下步骤:
1)、将全部原料放入混料机中干混2小时,得到干粉料;
2)、在干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混2小时,得混合物;
3)、将混合物室温下困料20小时后压制成型,成型压力150Mpa;自然干燥1.5天后,在1600℃下烧制10小时,得二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品。
其体积密度2.78g/cm3,气孔率13%,抗折强度25MPa,耐压强度110MPa,在推板窑中使用次数达到125次。
对比实施例1、按照专利号为200610052095.7的《红柱石窑具制品的生产方法》,由重量百分比为30%的刚玉颗粒(<3mm)、15%的莫来石颗粒(<3mm)、20%的铝微粉(≤2μm)、15%的硅微粉(≤2μm)、20%的红柱石颗粒(<3mm)组成原料,以占原料总重4%的硅溶胶作为结合剂。所得的红柱石窑具制品体积密度2.8g/cm3,气孔率17%,抗折强度11MPa,耐压强度66MPa,在推板窑中使用次数达到90次。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品,其特征是:由重量百分比为15%~55%的刚玉颗粒、15%~55%的莫来石颗粒、15%~45%的铝微粉、15%~25%的硅微粉和0%~40%的红柱石颗粒组成原料,所述刚玉颗粒、莫来石颗粒和红柱石颗粒均<3mm,所述铝微粉和硅微粉均≤2μm;以占原料总重5%~20%的二氧化钛溶胶作为结合剂。
2.如权利要求1所述的一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法,其特征在于包括如下步骤:
1)、将全部原料放入混料机中干混1~2小时,得到干粉料;
2)、在上述干粉料中加入二氧化钛溶胶后湿混1~2小时,得混合物;
3)、将混合物困料5~20小时后压制成型,成型压力110~150MPa,自然干燥1~1.5天后,在1450~1600℃下烧制8~10小时,得二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石窑具。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化钛溶胶增强刚玉莫来石制品的生产方法,其特征在于:所述二氧化钛溶胶的固相重量含量为2%~10%。
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Denomination of invention: Titanium dioxide sol reinforced corundum mullite products and their production methods Effective date of registration: 20231204 Granted publication date: 20121003 Pledgee: Zhejiang Anji Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Xiaoyuan Branch Pledgor: ANJI KELING MAGNETIC MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002947 |