CN102659448A

CN102659448A - 一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器及其制备方法

Info

Publication number: CN102659448A
Application number: CN2012101155373A
Authority: CN
Inventors: 陈俊泽; 陈江东
Original assignee: YIXING HUARUI CASTING MATERIALS CO Ltd
Current assignee: YIXING HUARUI CASTING MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN102659448B

Abstract

本发明公开了一种高温强度和抗热震性好的氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，该过滤器材料为氧化锆38~42%、纳米氧化锆28~32%、纳米金属锆8~12%,氧化钇0.5~1.5%、氧化钙0.5~1.5%、氧化镁0.5~1.5%,氧化铝0.1~0.5%,羧甲基纤维素0.2~0.8%,聚乙烯醇0.5~1.5%,水8~11%。制备过程为：将氧化锆、纳米氧化锆、纳米金属锆和氧化钇、氧化钙、氧化镁和氧化铝进行球磨混合,再与羧甲基纤维素、聚乙烯醇及水均匀搅拌，通过上浆、干燥制成半成品，最后装入高温氮化炉氮化烧成。

Description

一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫陶瓷过滤器，具体是一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器，其主要用于冶炼铸造行业，特别适用于高级特殊合金钢种的金属溶液净化处理。

背景技术

随着国内外冶炼、铸造行业的蓬勃发展，在冶炼铸造生产技术中，为了净化金属溶液提高铸件质量的精度，采用金属熔体过滤工艺已在国内外冶炼的铸造行业得到推广，而金属熔体过滤工艺的核心部件就是过滤器，近年来，泡沫陶瓷过滤器成为了金属熔体过滤器的主流，并在冶炼铸造行业中广泛应用。

目前，国内许多生产泡沫陶瓷过滤器的厂家，根据不同合金钢种的特点，发展了多种不同材质的泡沫陶瓷过滤器，如氧化铝质、氧化镁质、氧化锆质等多种品种，但是在生产这些泡沫陶瓷的技术和工艺上，还是摆脱不了传统的生产工艺和技术理念，避免不了添加一些低结相的粘结材料的成份，因而限制了这些陶瓷过滤器的烧成温度和高温强度，影响了它的抗热震性能和耐冲击性能。

例如就拿目前市场上推行的氧化锆质泡沫陶瓷过滤器来分析，虽然从主材质上看，氧化锆熔点高达2715℃，且生成焓很低，化学稳定性高，通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定。由它制成的氧化锆泡沫陶瓷过滤器呈弱酸性或惰性，耐侵蚀、耐高温，但致命弱点是抗热震性差，在急冷急热下使用下，仍然避免不了开裂破碎现象，大大降低了它的耐冲击性能。

众所周知，陶瓷式耐火材料的特点是耐高温，抗侵蚀、高强度，但其致命弱点是脆性，氧化锆质泡沫陶瓷材料也秉持了这些特性。如何提高其韧性，提高热震性一直是科技工作者苦苦奋斗的目标。进入21世纪以来，随着世界科学技术的飞速发展，耐火材料的服务行业进入一个新的时期，现代材料的发展方向之一是由单相高纯转为多相复合材料，先进的特种耐火材料也不例外，诸如异相颗粒弥散。强化复相材料，品质增强陶瓷基复合材料、纳米-微复合材料都成为21世纪的重要材料，随着塞隆结合相、阿隆结合等相继出现标志着新一代耐火材料的来临，氧化物复合材料必将成为新一代耐火材料的核心。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高温强度和抗热震性好的含氧化锆纳米材料特种泡沫陶瓷过滤器。

一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器，包括以下组份及重量百分比：

氧化锆38~42%、纳米氧化锆28~32%、纳米金属锆8~12%,氧化钇0.5~1.5%、氧化钙0.5~1.5%、氧化镁0.5~1.5%, 氧化铝0.1~0.5%,羧甲基纤维素0.2~0.8%,聚乙烯醇0.5~1.5%,水8~11%。

本发明还提供了该氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其包括以下步骤：

1）按照上述重量比，将氧化锆、纳米氧化锆、纳米金属锆、氧化钇、氧化钙、氧化镁和氧化铝进行球磨混合,形成陶瓷粉末，粉末粒径在3000目以上；

2)将步骤1）制备的陶瓷粉末与羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水按照84:0.5:0.5:11重量比搅拌混合，加入搅拌机中均匀搅拌3-4h制成陶瓷浆料，按照泡沫陶瓷常规制法及上浆、干燥工艺制成半成品；

3）将干燥硬化后的半成品坯料装入高温氮化炉中按照以下程序氮化烧成：

3.1）室温-500℃ 以80℃/h 的计温速度进行，使得泡沫塑料完全碳化挥发尽；

3.2）500-600℃，炉内压力为1.5-2kg/㎝2，快速升温半小时，同时抽真空，并在600℃下保持30分钟后，冲入氮气；氮气定入量输入，保持炉内压力为1.5-2kg/㎝2；

3.3）600-1000℃，以150℃/h 的升温速度快速升温，炉内压力为2kg/㎝2保持氮气输入；

3.4）1000-1600℃ 120℃/h 的升温速度快速升温，炉内压力为1.5-3kg/㎝2保持氮气输入；

3.5）最后以100℃/h的升温速度升至1850℃，炉内压力为1.5-3kg/㎝2，并在此温度下保持8h，关闭电源，关闭氮气进口阀门，开始自然冷却至常温，出炉即可获得氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器。

上述步骤3.5）开始自然冷却至常温的具体过程为：开始降温，当温度降至600℃时，打开排气阀，放排炉内氮气，自冷却炉内补入空气冷却，温度降到300℃时再打开炉盖。

本发明为了进一步提高泡沫陶瓷过滤器的高温强度和抗热震性，首先使用复合稳定剂烧成或电熔高纯氧化锆材料，以它为主体材料，另外采用两方面的途径来改变制品的热震性能，使陶瓷制品得到降脆增韧。

其一：加入强度高，高温性能优良的纳米ZrN作为第二相粒子，弥散分布于陶瓷基体中，抑制了几本晶体的生长，显著提高了制品的断裂强度，提高断裂韧性，显著改变了耐高温性能。

其二：添加熔点高达1850℃的金属材料Zr的成份，利用金属材料的塑性和韧性较好的特性和陶瓷相之间互相润湿包裹，渗透到陶瓷相的间隙中去，形成连续的膜结构，使陶瓷相得到韧性的强化，大大降低陶瓷制品的脆性，改变和提高过滤器的抗热震性能，显著提高承受热力冲击能力。经过实践证明，该材料的高温强度，耐冲击性，抗热震性，均大大优于普通氧化锆质泡沫陶瓷过滤器，使用质量稳定可靠。

具体实施方式

实施例1：

1）将氧化锆38%、纳米氧化锆32%、纳米金属锆10%,氧化钇0.5%、氧化钙1.5%、氧化镁1.5%, 氧化铝0.1%,进行球磨混合。

3.2）500-600℃，炉内压力为1.5-2kg/㎝2，快速升温30分钟，同时抽真空，并在600℃下保持30分钟后，冲入氮气；氮气定入量输入，保持炉内压力为1.5-2kg/㎝2；

3.5）最后以100℃/h的升温速度升至1850℃，炉内压力为1.5-3kg/㎝2，并在此温度下保持8h，关闭电源，关闭氮气进口阀门，开始自然降温，当温度降至600℃时，打开排气阀，放排炉内氮气，自冷却炉内补入空气冷却，温度降到300℃时再打开炉盖至常温，出炉即可获得氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器。

实施例 2：

1）将氧化锆42%、纳米氧化锆30%、纳米金属锆8%,氧化钇1.5%、氧化钙0.5%、氧化镁0.5%, 氧化铝0.5%,进行球磨混合。

实施例3：

1）将氧化锆40%、纳米氧化锆28%、纳米金属锆12%,氧化钇1%、氧化钙1%、氧化镁1%, 氧化铝0.3%,进行球磨混合。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器，其特征在于包括以下组份及重量百分比：

2.一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按照上述重量比，将氧化锆、纳米氧化锆、纳米金属锆、氧化钇、氧化钙、氧化镁和氧化铝进行球磨混合,形成陶瓷粉末；

2)将步骤1）制备的陶瓷粉末与羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水按照60:0.5:1:40重量比搅拌混合，加入搅拌机中均匀搅拌3-4h制成陶瓷浆料，按照泡沫陶瓷常规制法及上浆、干燥工艺制成半成品；

3.2）500-600℃，炉内压力为1.5-2kg/㎝2，快速升温半小时，同时抽真空，并在600℃下保持30分钟后，冲入氮气，氮气定入量输入，保持炉内压力为1.5-2kg/㎝2；

3.根据权利要求2所述的氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于步骤3.5）开始自然冷却至常温的具体过程为：开始降温，当温度降至600℃时，打开排气阀，放排炉内氮气，自冷却炉内补入空气冷却，温度降到300℃时再打开炉盖。