CN105110369A - 二氧化钛包覆二氧化锆粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化钛包覆二氧化锆粉体及其制备方法,属于粉体工程技术领域。所述粉体内核为单斜二氧化锆,包覆层为二氧化钛,解决了现有工艺中存在的锆英石/氧化锆复相材料烧结致密化困难的问题,其能够在氧化锆颗粒周围提供暂时的较高浓度的二氧化钛,促进锆英石的烧结和与二氧化锆界面的相容性,能够有效提高复相材料烧结性能、降低复相材料气孔率。所述粉体的制备方法是首先在二氧化锆颗粒表面包覆一层二氧化钛,再进行热处理,使二氧化钛紧密包覆在二氧化锆颗粒表面,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体,其制备工艺简单易行,易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化钛包覆二氧化锆粉体及其制备方法,属于粉体工程技术领域。
背景技术
致密锆英石砖作为耐火材料的优势在于它优异的高温物理性能,如低热膨胀系数、低热导率和良好的抗侵蚀性,能够抗玻璃、熔渣和液态金属合金的侵蚀。致密锆英石砖作为无碱玻璃纤维池窑的关键内衬材料,用作熔化池和澄清池的池壁背衬砖、池底铺面砖和亚层砖,主通路和作业通路的壁砖、底砖,流槽砖和拉丝砖等。
无碱玻璃液对其侵蚀的主要机制为玻璃液对砖体表面的冲刷,通过开口气孔引起玻璃液向砖体内部扩散与渗透,使结构疏松,砖体表面与内部结合力减弱,加上玻璃液的冲刷作用,外层砖体缓慢溶解。因而,降低气孔率有利于材料抗侵蚀性的提高。
致密锆英石砖的缺点在于,随着使用温度的提高,致密锆英石砖的抗侵蚀性能下降,因此其使用温度最好在1370℃以下。此外,为了使锆英石砖烧结致密,通常使用较高的温度烧结或加入少量助烧剂,但这两种方法均易引起锆英石的分解,造成结构疏松,并会产生一部分方英石相,会降低其抗玻璃侵蚀性。
锆质耐火材料有着良好的抗高温熔体的侵蚀性,使之在无碱玻璃熔窑中作为接触玻璃液的内衬材料被广泛采用。氧化锆含量为85-95%的高氧化锆电熔耐火材料具有更好的耐蚀性,对玻璃料液污染性低,尤其适用于低碱和无碱玻璃熔窑。
烧结氧化锆耐火材料通常进行全部或部分稳定处理,添加Y2O3、MgO、CaO等稳定剂来防止其因体积过度变化而崩裂。然而,这种含有稳定剂的高氧化锆烧结耐火材料使用在玻璃窑炉上时,稳定剂会溶解于玻璃液中,稳定氧化锆又变为非稳定氧化锆,导致组织脆弱,同时稳定剂与玻璃液结合,可能引发玻璃内出现砂砾、结石等缺陷。另外,氧化锆原料价格高,生产高纯氧化锆材料将显著地增加成本。
结合锆英石和氧化锆的特性,锆英石/氧化锆复相材料研究和应用受到关注,根据其化学组成,抗侵蚀性优于锆英石材料。但是,由于引入氧化锆后,氧化锆与锆英石两相间的烧结性较差,致使复相材料的气孔率较高,影响了复相材料抗玻璃侵蚀性能的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化钛包覆二氧化锆粉体,解决了现有工艺中存在的锆英石/氧化锆复相材料烧结致密化困难的问题,改善锆英石/氧化锆复相材料的烧结性能;本发明同时提供其制备方法。
本发明所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体,内核为单斜二氧化锆,包覆层为二氧化钛,其中:
所述的二氧化锆的平均粒径在0.1-3μm范围内;
所述的二氧化钛占粉体质量的1-10wt%。
本发明所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,首先在二氧化锆颗粒表面包覆一层二氧化钛,再进行热处理,使二氧化钛紧密包覆在二氧化锆颗粒表面,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体,包括以下步骤:
(1)制备二氧化锆悬浮液:
将分散剂溶解于水中调节其pH在4-5之间值,然后加入二氧化锆粉体,球磨后得到稳定悬浮的二氧化锆悬浮液;
(2)制备二氧化钛包覆的二氧化锆粉体:
搅拌二氧化锆悬浮液,向二氧化锆悬浮液中缓慢滴加二氧化钛溶胶,滴加完毕后继续搅拌,使溶胶粒子吸附在二氧化锆颗粒表面,再将悬浮液加热并保持搅拌,使水分挥发;然后先对其进行干燥,再进行热处理,使二氧化钛紧密包覆在二氧化锆颗粒表面;最后经研磨、过筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
其中:
步骤(1)中分散剂为改性聚羧酸盐AN-2000,其用量为二氧化锆粉体的0.2-0.4wt%;二氧化锆粉体与水的体积比为25-50:50-75;球磨时间为24-48h。
步骤(2)中滴加二氧化钛溶胶完毕后继续搅拌4-8h,将悬浮液加热到80-90℃并保持搅拌;干燥温度为200-250℃,干燥时间为4-8h;热处理温度为600-1000℃,热处理时间为4-10h;研磨热处理后的粉体过200目筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
本发明的有益效果如下:
本发明所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体,能够在氧化锆颗粒周围提供暂时的较高浓度的二氧化钛,促进锆英石的烧结和与二氧化锆界面的相容性,能够有效提高锆英石/氧化锆复相材料的烧结性能,降低复相材料的气孔率;其制备工艺简单易行,易于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
二氧化锆原料平均粒径为0.1μm,分散剂改性聚羧酸盐AN-2000用量为二氧化锆质量的0.4%,二氧化锆粉体与水的体积比为25:75,按上述计量比,将分散剂AN-2000溶解于水中,用乳酸调节溶液的pH值为5,再加入二氧化锆粉体,球磨分散48小时,得到二氧化锆悬浮液。
搅拌上述悬浮液,缓慢滴加二氧化钛溶胶。以二氧化钛计,悬浮液中二氧化锆与二氧化钛的质量比为90:10。滴加完毕,继续搅拌4小时,然后将悬浮液加热到80℃,搅拌干燥,再置于干燥箱中在200℃下干燥8小时,然后将干燥粉体在600℃热处理10小时,降至室温。研磨热处理后的粉体,过200目筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
实施例2
二氧化锆平均粒径1μm,分散剂改性聚羧酸盐AN-2000用量为二氧化锆质量的0.3%,二氧化锆粉体与水的体积比为40:60,按上述计量比,将分散剂溶解于水中,用乳酸调节溶液的pH值为4.5,再加入二氧化锆粉体,球磨分散30小时,得到二氧化锆悬浮液。
搅拌上述悬浮液,缓慢滴加二氧化钛溶胶。以二氧化钛计,悬浮液中二氧化锆与二氧化钛的质量比为95:5。滴加完毕,继续搅拌4小时,然后将悬浮液加热到85℃,搅拌干燥,再置于干燥箱在220℃干燥6小时。将干燥粉体在800℃热处理8小时,降至室温。研磨热处理后的粉体,过200目筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
实施例3
二氧化锆平均粒径3μm,分散剂改性聚羧酸盐AN-2000用量为二氧化锆质量的0.2%,二氧化锆粉体与水的体积比为50:50,按上述计量比,将分散剂溶解于水中,用乳酸调节溶液的pH值为4,再加入二氧化锆粉体,球磨分散24小时,得到二氧化锆悬浮液。
搅拌上述悬浮液,缓慢滴加二氧化钛溶胶。以二氧化钛计,悬浮液中二氧化锆与二氧化钛的质量比为99:1。滴加完毕,继续搅拌8小时,然后将悬浮液加热到90℃,搅拌干燥,再置于干燥箱在250℃干燥4小时。将上述粉体在1000℃热处理4小时,降至室温。研磨热处理后的粉体,过200目筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
Claims (10)
1.一种二氧化钛包覆二氧化锆粉体,其特征在于:内核为单斜二氧化锆,包覆层为二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体,其特征在于:二氧化锆的平均粒径在0.1-3μm范围内。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体,其特征在于:二氧化钛占粉体质量的1-10wt%。
4.一种权利要求1-3任一所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:首先在二氧化锆颗粒表面包覆一层二氧化钛,再进行热处理,使二氧化钛紧密包覆在二氧化锆颗粒表面,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
5.根据权利要求4所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)制备二氧化锆悬浮液:
将分散剂溶解于水中,调节其pH值在4-5之间,加入二氧化锆粉体,球磨后得到稳定悬浮的二氧化锆悬浮液;
(2)制备二氧化钛包覆的二氧化锆粉体:
搅拌二氧化锆悬浮液,向二氧化锆悬浮液中滴加二氧化钛溶胶,滴加完毕后继续搅拌,使溶胶粒子吸附在二氧化锆颗粒表面,再将悬浮液加热并保持搅拌,使水分挥发;然后先对其进行干燥,再进行热处理,使二氧化钛紧密包覆在二氧化锆颗粒表面,最后经研磨、过筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
6.根据权利要求5所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:步骤(1)中分散剂为改性聚羧酸盐AN-2000,用乳酸调节pH值在4-5之间。
7.根据权利要求5所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:步骤(1)中分散剂的用量为二氧化锆粉体的0.2-0.4wt%,二氧化锆粉体与水的体积比为25-50:50-75,球磨时间为24-48h。
8.根据权利要求5所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:步骤(2)中滴加二氧化钛溶胶完毕后继续搅拌4-8h。
9.根据权利要求5所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:步骤(2)中将悬浮液加热到80-90℃并保持搅拌;干燥温度为200-250℃,干燥时间为4-8h;热处理温度为600-1000℃,热处理时间为4-10h。
10.根据权利要求5所述的二氧化钛包覆二氧化锆粉体的制备方法,其特征在于:步骤(2)中研磨热处理后的粉体过200目筛,得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
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