CN105272187B

CN105272187B - 锆英石陶瓷的制备方法

Info

Publication number: CN105272187B
Application number: CN201510756809.1A
Authority: CN
Inventors: 郭兴忠; 宋杰; 蔡晓波; 徐生富; 刘大明; 杨辉
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2035-11-10
Also published as: CN105272187A

Abstract

本发明公开了一种锆英石陶瓷的制备方法，以锆英石为基质，依次进行如下步骤：1)、将锆英石和烧结助剂球磨混合均匀，所述烧结助剂与锆英石的质量比为5％～10％；2)、向步骤1)所得的混合料中添加作为粘结剂的聚乙烯醇后进行喷雾造粒；所述步骤1)所得的混合料与聚乙烯醇的料液比为：100g/0.2～0.5ml；3)、将步骤2)所得的造粒料填充于模具内进行冷等静压成型，成型压力80～120Mpa；然后于1100～1600℃烧制2～8h，得到锆英石陶瓷。本发明工艺简洁，且能提高锆英石陶瓷的烧结致密度。

Description

锆英石陶瓷的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐火材料的烧结方法，具体的说，是一种窑具用锆英石陶瓷的烧结方法。

背景技术

锆英石为岛状硅酸盐矿物，其化学式为ZrSiO₄，属四方晶系，晶体通常呈四方双锥状、柱状和板状，其理论组成为含67.23％的ZrO₂和32.77％的SiO₂(质量分数)，是ZrO₂-SiO₂二元体系中唯一的化合物，也是提炼金属锆的主要矿物。由于锆英石具有良好的抗磨损、较高的热分解温度、荷重软化温度高、较好的化学稳定性、较小的热膨胀系数和优良的抗热震性能等物化性能，是高级陶瓷和耐火材料的重要原材料，被广泛应用于耐火材料、铸造、陶瓷、电子工业及核废物矿物固化研究等相关领域。

致密锆英石材料在无碱玻璃纤维池窑中直接与玻璃溶液接触，要求锆英石相含量高、致密度高、气孔率低、基本无大气孔，以减少或防止玻璃溶液对材料的溶蚀、磨损和渗透，从而保证其在无碱玻璃纤维池窑中具有较长的使用寿命。CN101851107A公开了一种低碱、低熔洞率、低应力的致密锆英石砖及其制造方法，其操作及烧结步骤复杂，不利于生产效率的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简洁的锆英石陶瓷的制备方法，采用本发明的方法能提高锆英石陶瓷的烧结致密度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锆英石陶瓷的制备方法，以锆英石(例如为锆英石粉料)为基质，依次进行如下步骤：

1)、将锆英石和烧结助剂球磨混合均匀，所述烧结助剂与锆英石的质量比为5％～10％；

2)、向步骤1)所得的混合料中添加作为粘结剂的聚乙烯醇(PVA)后进行喷雾造粒；

所述步骤1)所得的混合料与聚乙烯醇(PVA)的料液比为：100g/0.2～0.5ml；

3)、将步骤2)所得的造粒料(粒径约为30～100mm)填充于模具内进行冷等静压成型，成型压力80～120Mpa；然后于1100～1600℃烧制2～8h(可在硅钼棒电炉中烧制，较佳为1450℃烧制4h)，得到锆英石陶瓷。

作为本发明的锆英石陶瓷的制备方法的改进：烧结助剂为氧化镁、氧化钇、二氧化钛中的至少一种。

作为本发明的锆英石陶瓷的制备方法的进一步改进：步骤2)的喷雾造粒的工艺参数为：热风进口温度200～250℃、出口温度80～90℃、雾化器调数为20～40Hz、料浆进料速率为5～8kg/小时。

作为本发明的锆英石陶瓷的制备方法的进一步改进：将锆英石和烧结助剂球磨至能过100目的筛。

作为本发明的锆英石陶瓷的制备方法的进一步改进：烧结助剂由占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛组成。

备注说明：本发明所用的锆英石的纯度满足以下要求：ZrO₂含量≥66.5％，SiO2≤33.0％，其它杂质≤0.5％；上述％是指质量％。

本发明具有如下技术优势：

1、选择氧化镁、氧化钇、二氧化钛作为烧结助剂，有助于降低锆英石的烧结温度，并有利于锆英石的致密化；

2、采用喷雾造粒技术制备锆英石造粒粉，原料成分包括烧结助剂比较均一，有助于烧结致密，获得较好的烧结性能和力学性能。

具体实施方式

实施例1、一种锆英石陶瓷的制备方法(烧结方法)，以锆英石为基质，添加占锆英石质量5％的氧化镁作为烧结助剂。其工艺步骤如下：

1)、按照上述质量比例要求将锆英石与氧化镁烧结助剂球磨混合均匀(至能过100目的筛)；

2)、按照100g/0.5ml的料液比，往球磨混合后的粉料中添加适量的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂后进行喷雾造粒；所述喷雾造粒的工艺参数为：热风进口温度200～250℃、出口温度80～90℃、雾化器调数为30Hz、料浆进料速率为6kg/小时。

3)、将造粒料(平均粒径约为60mm)填充于模具内进行冷等静压成型，成型压力100MPa。最后在硅钼棒电炉中烧制，于1450℃烧制4h，得到锆英石陶瓷制品。

该制品的烧结密度2.83g/cm³，致密度60.5％。

实施例2、一种锆英石陶瓷的制备方法，以锆英石为基质，添加占锆英石质量10％的氧化镁烧作为结助剂。其余内容等同于实施例1。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度3.21g/cm³，致密度68.7％。

实施例3、一种锆英石陶瓷的制备方法，以锆英石为基质，添加占锆英石质量5％的氧化镁和占锆英石质量5％的氧化钇作为烧结助剂。其余内容等同于实施例1。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度3.20g/cm³，致密度68.4％。

实施例4、一种锆英石陶瓷的制备方法，以锆英石为基质，添加占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛作为烧结助剂。其余内容等同于实施例1。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度3.47g/cm³，致密度74.3％。

实施例5、一种锆英石陶瓷的制备方法，以锆英石为基质，添加占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量4％的氧化钇和占锆英石质量1％的二氧化钛作为烧结助剂。其余内容等同于实施例1。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度3.16g/cm³，致密度67.3％。

实施例6、将实施例4中的“添加占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛作为烧结助剂”改成“添加占锆英石质量3.3％的氧化镁、占锆英石质量3.3％的氧化钇和占锆英石质量3.4％的二氧化钛作为烧结助剂”；其余内容等同于实施例4。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度3.20g/cm³，致密度68.4％。

实施例7、将实施例4中的“添加占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛作为烧结助剂”改成“添加占锆英石质量1％的氧化镁、占锆英石质量5％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛作为烧结助剂”；其余内容等同于实施例4。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度2.92g/cm³，致密度62.4％。

实施例8、将实施例4中的“添加占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛作为烧结助剂”改成“添加占锆英石质量4％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量5％的二氧化钛作为烧结助剂”；其余内容等同于实施例4。

所得的锆英石陶瓷制品的烧结密度3.21g/cm³，致密度68.7％。

对比例1、取消实施例4中烧结助剂的使用(即，烧结助剂的含量为0％)，其余等同于实施例4。制品烧结密度2.1g/cm³，致密度43.2％。

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

1.锆英石陶瓷的制备方法，其特征是：以锆英石为基质，依次进行如下步骤：

1)、将锆英石和烧结助剂球磨混合均匀，烧结助剂由占锆英石质量5％的氧化镁、占锆英石质量1％的氧化钇和占锆英石质量4％的二氧化钛组成；

2)、向步骤1)所得的混合料中添加作为粘结剂的聚乙烯醇后进行喷雾造粒；

所述步骤1)所得的混合料与聚乙烯醇的料液比为：100g/0.2～0.5mL；

3)、将步骤2)所得的造粒料填充于模具内进行冷等静压成型，成型压力80～120MPa；然后于1450℃烧制4h，得到锆英石陶瓷。

2.根据权利要求1所述的锆英石陶瓷的制备方法，其特征是：所述步骤2)的喷雾造粒的工艺参数为：热风进口温度200～250℃、出口温度80～90℃、雾化器调数为20～40Hz、料浆进料速率为5～8kg/小时。

3.根据权利要求2所述的锆英石陶瓷的制备方法，其特征是：锆英石和烧结助剂球磨至能过100目的筛。