CN103113091B - 一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。其技术方案是：将65~90wt%的碳酸盐、9~30%的金属铝粉和1~5wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~24小时，在110℃温度条件下干燥12~24小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和900~1600℃条件下烧成5~24小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。其中：碳酸盐为碳酸锆和碱式碳酸锆中的一种以上。本发明制备工艺简单、成本低和环境友好；所制备的锆刚玉-氧化锆-碳粉体具有使用寿命长、使用性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好的特点，适用于超高温工业窑炉和容器的内衬。

Description

一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。
背景技术
氧化物－非氧化物复合材料是耐火材料发展的重要方向。Al2O3-ZrO2-C耐火材料已成为钢铁工业用重要的耐火材料，它是由高铝矾土或刚玉、含锆矿物和石墨且以树脂为结合剂制成，具有优良的抗侵蚀性能和热震稳定性，被广泛用做高温冶金过程中关键部位的材料。
上述复合材料采用颗粒和粉料混合制备的方法，传统的机械混合方法难以达到粉体中各成分均一和使用性质稳定的要求。考虑到Al2O3-ZrO2-C粉体材料同时具有一系列优异的性能，不仅可以单独用来制备高温材料也可以作为制备其它高温材料的粉体，从而提升高温材料的抗侵蚀性能和热震稳定性能。由此，应用范围将更加广泛。但是采用机械混合方法来制备各相分布均与的粉体材料十分困难。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低和环境友好的锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体的制备方法，用该方法制备的锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体材料使用寿命长、使用性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好，适用于超高温工业窑炉和容器的内衬。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：将65~90wt%的碳酸盐、9~30%的金属铝粉和1~5wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~24小时，在110℃温度条件下干燥12~24小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和900~1600℃条件下烧成5~24小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
所述碳酸盐为碳酸锆和碱式碳酸锆中的一种以上。
所述碳酸锆和碱式碳酸锆的粒度均为5~200μm，碳酸锆和碱式碳酸锆中的ZrO2均≥35wt%。
所述金属铝粉的粒径为5~200μm，铝粉中的Al含量≥98wt%。
由于采用上述技术方案，本发明中的碳酸锆和碱式碳酸锆在烧成过程中会分解成氧化锆，并释放出二氧化碳，二氧化碳和金属铝粉（反应温度下已成为铝液）反应生成氧化铝和碳，随着烧结时间的延长，氧化锆和氧化铝反应形成锆刚玉固溶体。烧成结束后，反应物中最终形成锆刚玉、氧化锆和碳的混合体系。
由于本发明没有引入石墨等碳素原料，而是利用碳酸锆和碱式碳酸锆分解释放出的二氧化碳与金属铝粉反应来获得碳，故制备工艺简单、成本低和利于环境保护。
由于锆刚玉、氧化锆均为优异耐火原材料，具有高温力学性能好、抗侵蚀能力强和耐急冷急热性能好的特点，加之碳的存在，使得复合粉体的性能能够满足苛刻冶金环境下使用的需要。
因此，本发明制备工艺简单、成本低和环境友好；所制备的锆刚玉-氧化锆-碳粉体具有使用寿命长、使用性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好的特点，适用于超高温工业窑炉和容器的内衬。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述碳酸锆和碱式碳酸锆的粒度均为5~200μm，碳酸锆和碱式碳酸锆中的ZrO2均≥35wt%。
所述金属铝粉的粒径为5~200μm，铝粉中的Al含量≥98wt%。
实施例1
一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。将65~73wt%的碳酸盐、22~30%的金属铝粉和3~5wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~22小时，在110℃温度条件下干燥12~15小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和900~1100℃条件下烧成20~24小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
本实施例所述的碳酸盐为碳酸锆。
实施例2
一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。将73~81wt%的碳酸盐、16~22%的金属铝粉和3~5wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置22~24小时，在110℃温度条件下干燥15~18小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和1100~1300℃条件下烧成16~20小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
本实施例所述的碳酸盐为碱式碳酸锆。
实施例3
一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。将81~90wt%的碳酸盐、9~16%的金属铝粉和1~3wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~24小时，在110℃温度条件下干燥18~22小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和1400~1600℃条件下烧成12~16小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
本实施例所述的碳酸盐为碳酸锆。
实施例4
一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。将81~90wt%的碳酸盐、9~16%的金属铝粉和1~3wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~24小时，在110℃温度条件下干燥22~24小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和1300~1400℃条件下烧成8~12小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
本实施例所述的81~90wt%的碳酸盐中：29~32wt%为碳酸锆，52~58wt%为碱式碳酸锆。
实施例5
一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体及其制备方法。将81~90wt%的碳酸盐、9~16%的金属铝粉和1~3wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~24小时，在110℃温度条件下干燥18~22小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和1400~1600℃条件下烧成5~8小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
本实施例所述的81~90wt%的碳酸盐中：52~58wt%为碳酸锆，29~32wt%为碱式碳酸锆。
本具体实施方式中的碳酸锆和碱式碳酸锆在烧成过程中会分解成氧化锆，并释放出二氧化碳，二氧化碳和金属铝粉（反应温度下已成为铝液）反应生成氧化铝和碳，随着烧结时间的延长，氧化锆和氧化铝反应形成锆刚玉固溶体。烧成结束后，反应物中最终形成锆刚玉、氧化锆和碳的混合体系。
由于本具体实施方式没有引入石墨等碳素原料，而是利用碳酸锆和碱式碳酸锆分解释放出的二氧化碳与金属铝粉反应来获得碳，故制备工艺简单、成本低和利于环境保护。
由于锆刚玉、氧化锆均为优异耐火原材料，具有高温力学性能好、抗侵蚀能力强和耐急冷急热性能好的特点，加之碳的存在，使得复合粉体的性能能够满足苛刻冶金环境下使用的需要。
因此，本具体实施方式制备工艺简单、成本低和环境友好；所制备的锆刚玉-氧化锆-碳粉体具有使用寿命长、使用性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好的特点，适用于超高温工业窑炉和容器的内衬。

Claims (4)

1.一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体的制备方法，其特征在于：将65~90wt%的碳酸盐、9~30%的金属铝粉和1~5wt%的糊精混合均匀，压制成形，静置20~24小时，在110℃温度条件下干燥12~24小时，再置于高温炉中，于氩气气氛和900~1600℃条件下烧成5~24小时，自然冷却，然后破碎成小于200μm的粉体，即得锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体；
上述技术方案中：碳酸盐为碳酸锆和碱式碳酸锆中的一种以上。
2.根据权利要求1所述锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述碳酸锆和碱式碳酸锆的粒度均为5~200μm，碳酸锆和碱式碳酸锆中的ZrO2均≥35wt%。
3.根据权利要求1所述锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述金属铝粉的粒径为5~200μm，铝粉中的Al含量≥98wt%。
4.一种锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体，其特征在于所述锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体为根据权利要求1~3项中任一项所述的锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体的制备方法所制备的锆刚玉-氧化锆-碳复合粉体。
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