CN108530088A - 一种含锆氧化铝空心球隔热砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含锆氧化铝空心球隔热砖。它包括下述质量百分数的组成：氧化铝空心球40~69%；氧化铝微粉21~46%；含锆粉料5~14%；以上组分重量百分比之和为100%，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：结合剂8.5~12%。本发明改善了传统氧化铝空心球隔热砖主体成分单一情况，增加基体韧性，提高材料强度和热震稳定性等特性，从而延长隔热砖的使用寿命。

Description

一种含锆氧化铝空心球隔热砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域的耐火砖，具体地为一种含锆氧化铝空心球隔热砖及其制备方法。
背景技术
氧化铝空心球隔热砖是一种新型轻质隔热材料，自应用以来，以轻质、耐高温、保温节能效果好等优良性能，迅速占领了高温窑炉市场。目前，氧化铝空心球隔热砖多以氧化铝空心球为骨料，氧化铝粉或微粉为基质料，磷酸或磷酸二氢铝为结合剂，高温烧制而成，其主体成分单一，Al2O3含量高达98％，因此，热震稳定性欠佳，在使用过程中尤其是温差变化大的环境中成为影响其使用寿命的关键因素之一；且单一的组分组成易导致制品结构缺陷，如氧化铝晶体的异常长大，制品力学强度低。因此，客观上需要寻找更好抗热震性能、更高强度的氧化铝空心球砖以克服传统空心球砖的缺陷。
CN201310660559.2发明涉及一种高强度、高热震氧化铝空心球砖。由以下重量份数的原料组成：氧化铝空心球40-60份；刚玉砂10-30份；碳化硅6-15份；氧化铝微粉7-14份；红柱石微粉2-4份；硅线石微粉2-4份；粘土3-5份；结合剂10-14份。具有高强度、热震稳定性好等特性。但是成份过于繁杂，需要多成份配合才可实现好的特性。
氧化锆具有优良的力学性能、断裂韧性，其熔点为2715℃，远高于氧化铝的2050℃，在增韧氧化铝陶瓷中应用广泛；另一方面，氧化锆具有低的热导率，各种离子掺杂的氧化锆陶瓷的热导率仅为1～2W·m-1·K-1，远小于刚玉的10W·m-1·K-1，且氧化锆较氧化铝耐酸碱腐蚀能力强。
有鉴于此，提出本发明。
发明内容
为解决现有技术中氧化铝空心球砖热震稳定性差、强度偏低导致的使用寿命短的问题，本发明提供了一种含锆氧化铝空心球隔热砖及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种含锆氧化铝空心球隔热砖，它包括下述质量百分数的组成：
氧化铝空心球 40～69％；
氧化铝微粉 21～46％；
含锆粉料 5～14％；
以上组分重量百分比之和为100％，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：
结合剂 8.5～12％；
所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，所述氧化铝空心球为铝含量≥99.2％的氧化铝空心球或锆含量为5％的氧化铝空心球中的一种或两种组合。
所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，所述氧化铝微粉为煅烧工艺制备的铝微粉。
所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，所述含锆粉料为单斜氧化锆、氧化钇或氧化镁稳定的氧化锆、锆英石、锆刚玉、锆莫来石中的一种或几种组合。
所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，所述结合剂为硫酸铝、磷酸二氢铝、磷酸、糊精中的一种或几种组合。
所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，上述组分颗粒粒度为：空心球0～3mm，氧化铝微粉3～5um，单斜氧化锆3～5um，氧化钇或氧化镁稳定的氧化锆3～5um，，锆英石325目，含锆氧化物(锆英石/锆刚玉/锆莫来石)325目。
制备上述的含锆氧化铝空心球隔热砖的方法，包括以下步骤：
(1)按照上述要求分别称取氧化铝微粉和含锆粉料，将称量好的氧化铝微粉和含锆粉料置于振动磨中混合15～20分钟，备用；
(2)将称量好的空心球和结合剂混合均匀后向其中加入步骤(1)混合好的氧化铝微粉和含锆粉料混合物，搅拌均匀后在振动台上振动成型制得半成品；
(3)将成型后的半成品在110～130℃温度下干燥12～48小时，然后在1550～1680℃的温度下烧制8～10小时后自然冷却至常温即制得产品。
采用上述技术方案，本发明产生的有益效果为：
(1)氧化铝空心球砖中加入氧化锆，利用弥散的ZrO2晶粒产生马氏体相变，在基体中形成一定数量微裂纹，这些裂纹在裂纹尖端应力的作用下，成核并扩展，起到消耗和分散主裂纹尖端能量的作用，阻碍了主裂纹的扩展；同时，微裂纹的存在降低了材料的杨氏模量，从而降低了材料中存储的、导致材料热震断裂的弹性应变能，因此有助于材料热震稳定性的提高。
(2)ZrO2的弹性模量E高于刚玉，这种高弹性模量第二相粒子的加入，在基质材料受到拉伸时阻止横向截面收缩，而达到和基体相同的横向收缩，就必须增加拉应力，这样就使材料消耗更多的能量，从而起到增韧的作用。同时，高弹性模量的颗粒对裂纹起“钉扎”作用，使裂纹偏转绕道，也起到增韧作用。
(3)ZrO2作为第二相加入，作为刚玉晶界上的第二相包裹物对晶界的移动产生钉扎作用，可有效阻止刚玉粒子的异常长大，细化的基质结构可以提高材料的强度。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例。
实施例1
一种含锆氧化铝空心球隔热砖，其组分包括粒径0～3mm、铝含量≥99.5％的氧化铝空心球69％，3～5um的氧化铝微粉21％，325目的锆英石细粉10％。
以上组分重量百分比之和为100％，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：硫酸铝和磷酸二氢铝复合结合剂8.5％。
该含锆氧化铝空心球隔热砖，制备方法为：
(1)按照上述要求分别称取氧化铝微粉和锆英石粉，将称量好的氧化铝微粉和锆英石粉混合15～20分钟，然后将称量好的各组分置于振动磨中混合均匀后备用；
(2)将称量好的氧化铝空心球和结合剂混合均匀后向其中加入步骤(1)混合好的氧化铝微粉和锆英石粉混合物，搅拌均匀后在振动台上振动成型制得半成品；
(3)将成型后的半成品在110℃温度下干燥12小时，然后在1550℃的温度下烧制8小时后自然冷却至常温即制得产品。
实施例2
一种含锆氧化铝空心球隔热砖，其组分包括粒径0～3mm、铝含量≥99.5％的氧化铝空心球35％，粒径0～3mm、锆含量5％的氧化铝空心球25％，3～5um的氧化铝微粉35％，3～5um的单斜氧化锆或氧化物稳定的氧化锆(氧化钇或氧化镁稳定)5％。
以上组分重量百分比之和为100％，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：糊精12％。
该含锆氧化铝空心球隔热砖，制备方法为：除半成品在130℃温度下干燥48小时，烧制温度为1680℃，保温9小时外，其余同实施例1。
实施例3
一种含锆氧化铝空心球隔热砖，其组分包括粒径0～3mm的氧化铝空心球50％，3～5um的氧化铝微粉36％，325目的锆莫来石细粉14％。
以上组分重量百分比之和为100％，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：磷酸10％。
该含锆氧化铝空心球隔热砖，制备方法为：除半成品在110℃温度下干燥12小时，烧制温度为1580℃，保温8小时外，其余同实施例2。
实施例4
一种含锆氧化铝空心球隔热砖，其组分包括粒径0～3mm、铝含量≥99.5％的氧化铝空心球20％，粒径0～3mm、锆含量5％的氧化铝空心球20％，3～5um的氧化铝微粉46％，3～5um的单斜氧化锆3％，325目的锆刚玉细粉11％。
以上组分重量百分比之和为100％，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：磷酸10％。该含锆氧化铝空心球隔热砖，制备方法为：除半成品在130℃温度下干燥24小时，烧制温度为1620℃，保温10小时外，其余同实施例1。
现有技术隔热砖与本发明含锆氧化铝空心球隔热砖的性能对比如表1。
表1现有技术隔热砖与本发明含锆氧化铝空心球隔热砖的性能对比

Claims (9)

1.一种含锆氧化铝空心球隔热砖，其特征在于：它包括下述质量百分数的组成：
氧化铝空心球 40~69%；
氧化铝微粉 21~46%；
含锆粉料 5~14%；
以上组分重量百分比之和为100%，额外添加如下重量百分比的组分，添加量的计算基准为以上组分重量之和：
结合剂 8.5~12%。
2.根据权利要求1所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，其特征在于：所述氧化铝空心球为铝含量≥99.2%的氧化铝空心球或锆含量为5%的氧化铝空心球中的一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，其特征在于：所述氧化铝微粉为煅烧工艺制备的铝微粉。
4.根据权利要求1所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，其特征在于：所述含锆粉料为单斜氧化锆、氧化钇或氧化镁稳定的氧化锆、锆英石、锆刚玉、锆莫来石中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，其特征在于：所述结合剂为硫酸铝、磷酸二氢铝、磷酸、糊精中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的含锆氧化铝空心球隔热砖，其特征在于：上述成分颗粒粒度为：空心球0~3mm，氧化铝微粉3~5um，单斜氧化锆3~5um，氧化钇或氧化镁稳定的氧化锆3~5um，锆英石325目，含锆氧化物325目。
7.根据权利要求1所述的含锆氧化铝空心球隔热砖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照上述要求分别称取氧化铝微粉和含锆粉料，将称量好的氧化铝微粉和含锆粉料置于振动磨中混合15~20分钟，备用；
（2）将称量好的空心球和结合剂混合均匀后向其中加入步骤（1）混合好的氧化铝微粉和含锆粉料混合物，搅拌均匀后在振动台上振动成型制得半成品；
（3）将成型后的半成品干燥、烧制后自然冷却至常温即制得产品。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述干燥温度为110~130℃，干燥时间为12~48小时。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述烧制温度为1550~1680℃，烧制时间为8~10小时。
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