CN113061044A - 功能陶瓷件及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功能陶瓷件技术领域，尤其是涉及一种功能陶瓷件及其制备方法和应用。功能陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英85～90份、硅微粉5～10份、改性剂6～10份和结合剂；所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少一种；所述结合剂的质量为所述高纯石英、硅微粉和改性剂的总质量的11％～14％；所述陶瓷件的成型方式为浇注成型。本发明通过原料组分调配，使原料混合的泥料具有流动性，通过浇注成型方式，气孔性能优于同类产品，并且配合改性剂的加入，兼顾保证脱模强度和烧成后强度、高温蠕变性能、热震稳定性等。

Description

功能陶瓷件及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及功能陶瓷件技术领域，尤其是涉及一种功能陶瓷件及其制备方法和应用。
背景技术
二十世纪六七十年代修建的焦炉一代炉龄一般在25年左右，只有少数钢铁企业的焦炉寿命达到了30年。目前，这些焦炉经过大修后，其二代炉龄已进入维护期或衰老期，焦炉炉墙减薄、孔洞、橘皮状缺陷和破损范围的扩大，导致焦炉寿命进一步降低。因此，需要经常对焦炉进行维护修补，才能保证焦炉的正常运行。
一般常用的修补技术如干法喷补、湿法喷补、火焰焊补、半干法喷补、陶瓷焊补等均存在附着率低；或由于膨胀系数的不一致导致与墙体的结合性能下降，修补后挂料时间短，需要频繁停窑影响正常生产；或只适用于小面积修补等，均不利于修补后焦炉长时间高效运行和生产。因此，研究开发出一种可不停窑的高温强度高的焦炉修补材料具有重要意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供功能陶瓷件，以解决现有技术中存在的焦炉修补效率低、高温强度低等技术问题。
本发明的第二目的在于提供功能陶瓷件的制备方法。
本发明的第三目的在于提供功能陶瓷件在焦炉快修中的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
功能陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：
高纯石英85～90份、硅微粉5～10份、改性剂6～10份和结合剂；所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少一种；所述结合剂的质量为所述高纯石英、硅微粉和改性剂的总质量的11％～14％；
所述陶瓷件的成型方式为浇注成型。
本发明采用浇注成型的方式制备陶瓷件，不同于现有的零膨胀硅砖的成型方式。本发明通过原料组分调配，使原料混合的泥料具有流动性，通过浇注成型方式，气孔性能优于同类产品，并且配合改性剂的加入，兼顾保证脱模强度和烧成后强度、高温蠕变性能、热震稳定性等。
本发明采用高纯石英等作为原料，制得的陶瓷件具有极低的线膨胀系数以及良好的抗热震性能，可以在不停窑的情况下直接进行热修补。
在本发明的具体实施方式中，所述结合剂为硅溶胶。
在本发明的具体实施方式中，所述高纯石英中，SiO2的含量≥99.5wt％。
在本发明的具体实施方式中，所述硅微粉中，SiO2的含量≥93wt％。进一步的，所述硅微粉中，Al2O3的含量＜1.0wt％，Fe2O3的含量＜1.0wt％；CaO和MgO含量之和≤1.5wt％、K2O和Na2O的含量之和≤1.5wt％、C含量≤2.0wt％。
在本发明的具体实施方式中，所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少两种，优选至少三种，更优选包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂。在本发明的具体实施方式中，所述氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂的质量比为2﹕(0.8～1.2)﹕(0.8～1.2)﹕(0.8～1.2)。
在本发明的具体实施方式中，所述陶瓷件的方石英相含量为25％～30％。
在本发明的具体实施方式中，所述陶瓷件的长度为300～2000mm、宽度为120～1500mm、厚度为100～800mm。
本发明还提供了上述功能陶瓷件的制备方法，包括如下步骤：
(a)将各组分的混合物进行浇注成型后，养护后脱模，得到预制件；
(b)将所述预制件进行低温热处理和高温烧成；
所述高温烧成包括：于1245～1255℃条件下保温处理5～15h。
在本发明的具体实施方式中，所述高温烧成包括：于790～810℃条件下保温处理5～15h，升温至1245～1255℃条件下保温处理5～15h。
采用上述分段高温烧成的方式，结合预制件的较大尺寸，进一步保证陶瓷件的稳定性。
在本发明的具体实施方式中，升温至所述790～810℃的方法包括：以18～20℃/h的升温速率由室温升温至790～810℃。
在本发明的具体实施方式中，所述升温至1245～1255℃的方法包括：以8～10℃/h的升温速率由790～810℃升温至1245～1255℃。
在本发明的具体实施方式中，所述低温热处理包括：于195～205℃条件下干燥20～28h。
在本发明的具体实施方式中，所述低温热处理包括：于70～90℃条件下干燥5～15h，升温至195～205℃条件下干燥20～28h。
在本发明的具体实施方式中，升温至所述70～90℃的方法包括：以5～8℃/h的升温速率由室温升温至70～90℃。
在本发明的具体实施方式中，所述升温至195～205℃的方法包括：以5～6℃/h的升温速率由70～90℃升温至195～205℃。
本发明还提供了上述任意一种所述的功能陶瓷件在焦炉快修中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提高结合剂的加入量，使原料混合的泥料具有流动性，满足浇注成型的要求，使制得的陶瓷件的气孔性能优于同类产品；并且，配合改性剂的加入，使浇注成型的物料具有优异的脱模质量，保证脱模完整性；
(2)本发明对浇注成型的物料采用特定的烧成方法，使得烧成得到的陶瓷件强度接近零膨胀硅砖，高温蠕变性能好，热震稳定性好，热线膨胀率也较低，烧成后转化形成一定量的方石英，在应用中更稳定；
(3)本发明制得的陶瓷件可根据实际需求进行异形化处理，并且陶瓷件的长度、厚度分别可达到普通砖的6～8倍，尺寸较大，相当于60～80块的普通零膨胀硅砖；在用于焦炉快修中，砌筑砖缝减少，整体强度好，减少了烟气流窜对立火道隔墙的热侵蚀，也进而延长了炉墙的使用寿命，减少修补次数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的功能陶瓷件的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的低温烘烤曲线；
图3为本发明实施例提供的高温烧成曲线。
附图标记：
1-框架；2-梯阶；3-第一空气通道；
4-第二空气通道。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明的功能陶瓷件可以制成常规砖体形状，也可根据实际需求采用不同的浇注模具制成异形化结构的陶瓷件。所述陶瓷件的长度为300～2000mm、宽度为120～1500mm、厚度为100～800mm。厚度和长度分别相当于普通砖的6～8倍，砖体较大，一块相当于60～80多块普通的零膨胀硅砖。本发明的功能陶瓷件用于焦炉快修中，砌筑砖缝减少，整体强度好，减少了烟气流窜对立火道隔墙的热侵蚀，也进而延长了炉墙的使用寿命，减少修补次数。
图1为本发明的功能陶瓷件的一种结构示意图。所述功能陶瓷件的结构呈梯子形，包括框架1和设置于框架1中的梯阶2。所述陶瓷件包括至少两个平行设置的梯阶2，各个梯阶2之间平行设置，且相邻梯阶2之间形成第一空气通道3。所述梯阶2上贯穿设置至少一个第二空气通道4。所述第二空气通道4与所述第一空气通道3可通过所述梯阶2的侧壁相连通。
所述功能陶瓷件的结构不局限于此，可根据实际需求进行调整。
在本发明的具体实施方式中，如图1中所示的，所述陶瓷件的长度A为300～2000mm，宽度为120～1500mm，厚度为100～800mm，具体的陶瓷件的尺寸可以为：长度A为1505mm，宽度B为1010mm，厚度376mm。
功能陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：
高纯石英85～90份、硅微粉5～10份、改性剂6～10份和结合剂；所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少一种；所述结合剂的质量为所述高纯石英、硅微粉和改性剂的总质量的11％～14％；
所述陶瓷件的成型方式为浇注成型。
现有的零膨胀硅砖是机压产品，泥料具有可塑性，成型需要靠外力压制而成；其泥料形成较多料团，振动泥料没有流动性，无法成型。而如果单通过提高结合剂的用量使泥料具有流动性，初凝时间过长，脱模性能差，无法达到适宜的脱模强度。
本发明采用浇注成型的方式制备陶瓷件，不同于现有的零膨胀硅砖的成型方式。常规的浇注成型耐材采用水泥结合，脱模时砖体强度好。而对于用非水泥结合的方案，脱模时耐材强度低，如砖体较大时则更不易脱模。浇注成型的砖坯，脱模强度不够，则会导致砖坯受损。本发明通过原料组分调配，使原料混合的泥料具有流动性，通过浇注成型方式，气孔性能优于同类产品，并且配合改性剂的加入，兼顾保证脱模强度和烧成后强度、高温蠕变性能、热震稳定性等。
在本发明的具体实施方式中，所述结合剂为硅溶胶。进一步的，所述硅溶胶中，SiO2的含量为30％～31％，粒径为41～100nm，pH值为9～10。
本发明通过采用特定用量的结合剂，配合改性剂的加入，能够保证原料混合得到的泥料在浇注后，初凝时间短，养护后具有一定的脱模强度，脱模后预制件表面完好，且具有适宜的气孔。
在本发明的具体实施方式中，所述高纯石英中，SiO2的含量≥99.5wt％。
在本发明的具体实施方式中，所述硅微粉中，SiO2的含量≥93wt％。进一步的，所述硅微粉中，Al2O3的含量＜1.0wt％，Fe2O3的含量＜1.0wt％；CaO和MgO含量之和≤1.5wt％、K2O和Na2O的含量之和≤1.5wt％、C含量≤2.0wt％。
在本发明的具体实施方式中，所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少两种，优选至少三种，更优选包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂。进一步的，所述改性剂的质量为所述改性剂、所述高纯石英和所述硅微粉的质量和的6％～9％。
在本发明的具体实施方式中，所述改性剂中，氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂的质量比为2﹕(0.8～1.2)﹕(0.8～1.2)﹕(0.8～1.2)。
如在不同实施方式中，所述改性剂中，氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂的质量比可以为2﹕0.8﹕0.8﹕0.8、2﹕1.2﹕1.2﹕1.2、2﹕1﹕1﹕1等等。
在本发明的具体实施方式中，所述陶瓷件的方石英相含量为25％～30％。
在本发明的具体实施方式中，所述陶瓷件的长度为300～2000mm、宽度为120～1500mm、厚度为100～800mm。
在本发明的具体实施方式中，所述陶瓷件在1300℃×300h的蠕变率≤0.3％；所述陶瓷件的显气孔率为16％～17％，优选≤16.5％；所述陶瓷件的耐压强度为30～32MPa；所述陶瓷件的热震稳定性(1100℃水冷)＞30次；所述陶瓷件的1300℃热线膨胀率≤0.3％。
本发明还提供了上述功能陶瓷件的制备方法，包括如下步骤：
(a)将各组分的混合物进行浇注成型后，养护后脱模，得到预制件；
(b)将所述预制件进行低温热处理和高温烧成；
所述高温烧成包括：于1245～1255℃条件下保温处理5～15h。
在实际操作中，将各组分按比例混合均匀后，得到混合物即泥料。将所述混合物浇注于适宜模具中，振动成型，进行自然养护后脱模。
在本发明的具体实施方式中，所述高温烧成包括：于790～810℃条件下保温处理5～15h，升温至1245～1255℃条件下保温处理5～15h。进一步的，升温至1250℃条件下保温处理10h。
在本发明的具体实施方式中，升温至所述790～810℃的方法包括：以18～20℃/h的升温速率由室温升温至790～810℃。进一步的，升温至所述790～810℃的方法包括：以18～19.4℃/h的升温速率由室温升温至590～610℃，然后以19.8～20℃/h的升温速率由590～610℃升温至790～810℃。
在本发明的具体实施方式中，所述升温至1245～1255℃的方法包括：以8～10℃/h的升温速率由790～810℃升温至1245～1255℃。
在本发明的具体实施方式中，所述低温热处理包括：于195～205℃条件下干燥20～28h。
在本发明的具体实施方式中，所述低温热处理包括：于70～90℃条件下干燥5～15h，升温至195～205℃条件下干燥20～28h。
在本发明的具体实施方式中，升温至所述70～90℃的方法包括：以5～8℃/h的升温速率由室温升温至70～90℃。
在本发明的具体实施方式中，所述升温至195～205℃的方法包括：以5～6℃/h的升温速率由70～90℃升温至195～205℃。
在本发明的具体实施方式中，所述低温热处理包括：以5.5～6℃/h的升温速率由室温升温至80℃，于80℃条件下干燥10h，然后以5.5～6℃/h的升温速率由80℃升温至200℃，于200℃条件下干燥24h。
在本发明的具体实施方式中，所述高温烧成包括：以19～20℃/h的升温速率由室温升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以9.5～10℃/h的升温速率由800℃升温至1250℃，于1250℃条件下保温处理10h。
在本发明的具体实施方式中，所述养护为自然养护。进一步的，所述自然养护的时间为24～48h。
在本发明的具体实施方式中，所述脱模后再进行养护，得到预制件。进一步的，所述脱模后的养护为自然养护，所述脱模后的养护时间为24～48h。
本发明还提供了上述任意一种所述的功能陶瓷件在焦炉快修中的应用。
本发明具体实施例中采用的部分材料信息如下，但不局限于此：
高纯石英：SiO2的含量≥99.5wt％；
硅微粉：粒径为5μm，SiO2的含量≥93wt％；
硅溶胶：SiO2的含量为30％～31％，粒径为41～100nm，pH值为9～10；
三聚氰胺甲醛树脂：常规水溶性三聚氰胺甲醛树脂粉，以粉体的形式加入。
实施例1
本实施例提供了功能陶瓷件及其制备方法，所述功能陶瓷件主要由按重量份数计的如下组分制得：
高纯石英87份、硅微粉7份、改性剂6份、硅溶胶12份；所述改性剂包括质量比为2﹕1﹕1﹕1的氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠、三聚氰胺甲醛树脂。
所述功能陶瓷件的制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述比例混合各组分，搅拌均匀得到泥料，将泥料浇注至模具中，振动成型，自然养护24h后脱模，再进行自然养护24h，得到预制件。
(2)将所述预制件按照图2所示的低温烘烤曲线进行低温烘烤处理；然后将低温烘烤处理后的预制件按照图3所示的高温烧成曲线进行高温烧成处理，得到所述功能陶瓷件。
具体的，低温烘烤处理包括：以一定升温速率在10h内由室温(25℃)升温至80℃，于80℃条件下干燥10h，然后以一定升温速率在22h内由80℃升温至200℃，于200℃条件下干燥24h；所述高温烧成处理包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1250℃，于1250℃条件下保温处理10h。
预制件的尺寸可根据实际需求进行选择，如可以为160mm×40mm×40mm和230mm×114mm×65mm等样块尺寸，还可以为2000mm×1500mm×800mm的大尺寸结构。当制备大尺寸结构预制件时，由于尺寸结构较大，可适当延长养护脱模时间，如养护48h后脱模，再养护48h。
实施例2
本实施例参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别仅在于原料用量不同。本实施例的功能陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英87份、硅微粉7份、改性剂6份、硅溶胶11份；所述改性剂包括质量比为1﹕1﹕1的氯化钠、三聚磷酸钠、三聚氰胺甲醛树脂。
实施例3
本实施例参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别仅在于原料用量不同。本实施例的功能陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英87份、硅微粉6份、改性剂7份、硅溶胶14份；所述改性剂包括质量比为2﹕1﹕1﹕1的氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠、三聚氰胺甲醛树脂。
实施例4
本实施例参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别仅在于原料用量不同。本实施例的功能陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英85份、硅微粉6份、改性剂9份、硅溶胶12份；所述改性剂包括质量比为2﹕1﹕1﹕1的氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠、三聚氰胺甲醛树脂。
实施例5
本实施例参考实施例1的功能陶瓷件及其制备方法，区别仅在于：高温烧成处理条件不同。本实施例的高温烧成处理条件包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1245℃，于1245℃条件下保温处理10h。其中，升温速率分别同实施例1。
实施例6
本实施例参考实施例1的功能陶瓷件及其制备方法，区别仅在于：高温烧成处理条件不同。本实施例的高温烧成处理条件包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1255℃，于1255℃条件下保温处理10h。其中，升温速率分别同实施例1。
比较例1
比较例1参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别在于原料用量不同。比较例1的陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英70份、硅微粉21份、硅溶胶9份。
在制备过程中，泥料形成较多料团，振动泥料没有流动性，无法成型。
比较例2
比较例2参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别在于原料用量不同。比较例2的陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英87份、硅微粉5份、硅溶胶12份。
在制备过程中，振动泥料流动性好，但8h还未初凝，24h未终凝(无法脱模)，72h脱模，表面有裂纹，预制件表面受损不完整。
比较例3
比较例3参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别在于原料用量不同。比较例3的陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英91份、硅微粉3份、硅溶胶15份。
在制备过程中，泥料达到自流(不振动)，24h未初凝，72h仍无法脱模，脱模强度达不到。
比较例4
比较例4参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别在于原料用量不同。比较例4的陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英87份、硅微粉5份、改性剂8份、硅溶胶15份；所述改性剂包括质量比为1﹕1的三聚磷酸钠、三聚氰胺甲醛树脂。
在制备过程中，泥料不自流，振动泥料流动性好，6h初凝，24h脱模预制件受损严重，表面不完整。
比较例5
比较例5参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别在于原料用量不同。比较例5的陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英85份、硅微粉5份、改性剂10份、硅溶胶15份；所述改性剂包括质量比为1﹕1的氯化铵、氯化钠。在制备过程中，泥料不自流，振动泥料流动性好，2h初凝，24h终凝，脱模后预制件表面完好，气孔孔洞较小，但是表面有裂纹。
比较例6
比较例6参考实施例1的功能陶瓷件的制备方法，区别在于原料用量不同。比较例6的陶瓷件，主要由按重量份数计的如下组分制得：高纯石英90份、硅微粉5份、改性剂5份、硅溶胶12份；所述改性剂为三聚氰胺甲醛树脂。
在制备过程中，振动泥料流动性好，4h初凝，24h脱模预制件表面受损不完整，脱模强度达不到。
比较例7
比较例7参考实施例1的功能陶瓷件及其制备方法，区别在于：高温烧成处理条件不同。比较例7的高温烧成处理条件包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1230℃，于1230℃条件下保温处理10h。其中，升温速率分别同实施例1。
比较例8
比较例8参考实施例1的功能陶瓷件及其制备方法，区别在于：高温烧成处理条件不同。比较例8的高温烧成处理条件包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1240℃，于1240℃条件下保温处理10h。其中，升温速率分别同实施例1。
比较例9
比较例9参考实施例1的功能陶瓷件及其制备方法，区别在于：高温烧成处理条件不同。比较例9的高温烧成处理条件包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1260℃，于1260℃条件下保温处理10h。其中，升温速率分别同实施例1。
比较例10
比较例10参考实施例1的功能陶瓷件及其制备方法，区别在于：高温烧成处理条件不同。比较例10的高温烧成处理条件包括：以一定升温速率在30h内由室温(25℃)升温至600℃，然后以一定升温速率在10h内由600℃升温至800℃，于800℃条件下保温处理10h，以一定升温速率由800℃升温至1270℃，于1270℃条件下保温处理10h。其中，升温速率分别同实施例1。
实验例1
表1为不同实施例和比较例的对应得到的泥料状态、浇注至模具中凝固状态、以及脱模后强度等数据(制备230mm×114mm×65mm尺寸样块对应的数据)。
表1不同实施例和比较例测试结果
Figure BDA0003019679340000151
Figure BDA0003019679340000161
Figure BDA0003019679340000171
备注：“—”代表没有加入；“/”代表由于无法成型或无法脱模等而没有对应的测试结果；干燥后强度：是指将得到的预制件按照实施例1的低温烘烤处理后测试的常温耐压强度。
从上表中可知，本发明采用特定用量的改性剂以及特定用量的结合剂，使泥料能够具有适宜的振动泥料流动性，保证浇注成型；并且具有较短的初凝时间，且具有足够的脱模强度、表面完好，极大的改善了脱模质量。
实验例2
表2为相同组分条件下，不同烧成条件得到的陶瓷件(尺寸为1505mm×1010mm×376mm)的性能测试结果。
表2不同陶瓷件的性能测试结果
Figure BDA0003019679340000172
备注：其中热震性能测试的“＞30”是指在30次后停止测试，且30次后试样受热端面未破损。
从上表中可知，本发明采用特定的原料配比，在特定的烧成温度下可以转化一定量的方石英相(25％～30％)，得到的陶瓷件蠕变较小且热震性能好，陶瓷件的高温性能更加稳定，在应用中效果好、寿命长。
实验例3
为了进一步说明本发明的陶瓷件的性能，以实施例1的方法制得的焦功能陶瓷件(尺寸为1505mm×1010mm×376mm)为例，与现有的零膨胀硅砖进行对比，结果见表3。
测试方法具体参考如下：
蠕变率：GB/T5073-2005；
显气孔率：GB/T2997-2015；
常温耐压强度：GB/T5072-2008；
热震：GB/T30873-2014；
热线膨胀率：GB/T5990-2006。
表3性能测试结果对比
测试项目 功能陶瓷件 零膨胀硅砖
蠕变率(％)—1300℃×300h ≤0.3 /
方石英相(％) 25～30 /
显气孔率(％) 16.5 17.2
常温耐压强度(MPa) 30 28
热震(次)—1100℃水冷 >30 >30
热线膨胀率(％) 1300℃：≤0.3 1000℃：0.3
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.功能陶瓷件，其特征在于，主要由按重量份数计的如下组分制得：
高纯石英85～90份、硅微粉5～10份、改性剂6～10份和结合剂；
所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少一种；
所述结合剂的质量为所述高纯石英、硅微粉和改性剂的总质量的11％～14％；
所述陶瓷件的成型方式为浇注成型。
2.根据权利要求1所述的功能陶瓷件，其特征在于，所述结合剂为硅溶胶。
3.根据权利要求1所述的功能陶瓷件，其特征在于，所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少两种；
优选的，所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂中的至少三种；
更优选的，所述改性剂包括氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂；
进一步优选的，所述改性剂中，氯化铵、氯化钠、三聚磷酸钠和三聚氰胺甲醛树脂的质量比为2﹕(0.8～1.2)﹕(0.8～1.2)﹕(0.8～1.2)。
4.根据权利要求1所述的功能陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件的长度为300～2000mm，宽度为120～1500mm，厚度为100～800mm。
5.根据权利要求1所述的功能陶瓷件，其特征在于，所述高纯石英中，SiO2的含量≥99.5wt％；
所述硅微粉中，SiO2的含量≥93wt％。
6.根据权利要求1所述的功能陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件的方石英相含量为25％～30％；
优选的，所述陶瓷件的显气孔率为16％～17％；
优选的，所述陶瓷件的耐压强度为30～32MPa；
优选的，所述陶瓷件在1300℃×300h的蠕变率≤0.3％；
优选的，所述陶瓷件的1100℃-水冷热震稳定性＞30次；
优选的，所述陶瓷件的1300℃热线膨胀率≤0.3％。
7.权利要求1-6任一项所述的功能陶瓷件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将各组分的混合物进行浇注成型后，养护后脱模，得到预制件；
(b)将所述预制件进行低温热处理和高温烧成；
所述高温烧成包括：于1245～1255℃条件下保温处理5～15h。
8.根据权利要求7所述的功能陶瓷件的制备方法，其特征在于，所述高温烧成包括：于790～810℃条件下保温处理5～15h，升温至1245～1255℃条件下保温处理5～15h；
优选的，升温至所述790～810℃的方法包括：以18～20℃/h的升温速率由室温升温至790～810℃；
优选的，所述升温至1245～1255℃的方法包括：以8～10℃/h的升温速率由790～810℃升温至1245～1255℃。
9.根据权利要求7所述的功能陶瓷件的制备方法，其特征在于，所述低温热处理包括：于195～205℃条件下干燥20～28h；
优选的，所述低温热处理包括：于70～90℃条件下干燥5～15h，升温至195～205℃条件下干燥20～28h；
优选的，升温至所述70～90℃的方法包括：以5～8℃/h的升温速率由室温升温至70～90℃；
优选的，所述升温至195～205℃的方法包括：以5～6℃/h的升温速率由70～90℃升温至195～205℃。
10.权利要求1-6任一项所述的功能陶瓷件在焦炉快修中的应用。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06157150A (ja) * 1992-11-18 1994-06-03 Harima Ceramic Co Ltd 流し込み施工用ジルコン質不定形耐火物
US5396749A (en) * 1992-09-16 1995-03-14 Asahi Denki Kogyo K.K. Method of cutting off water flow by grouting
CN101550018A (zh) * 2009-05-05 2009-10-07 武汉科技大学 一种硅质耐火浇注料及其制备方法
CN102060553A (zh) * 2010-11-26 2011-05-18 上海交通大学 石英陶瓷坩埚的制备方法
CN102351519A (zh) * 2011-07-22 2012-02-15 丹阳市精密合金厂有限公司 一种浇注陶瓷型芯及其制备方法
CN103086726A (zh) * 2013-01-11 2013-05-08 成都蜀冶新材料有限责任公司 氧化硅质耐火浇注料及其使用方法
CN106187227A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 温州嘉利特实业有限公司 一种浇注成型高温耐火炉的填充材料及其成型工艺

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5396749A (en) * 1992-09-16 1995-03-14 Asahi Denki Kogyo K.K. Method of cutting off water flow by grouting
JPH06157150A (ja) * 1992-11-18 1994-06-03 Harima Ceramic Co Ltd 流し込み施工用ジルコン質不定形耐火物
CN101550018A (zh) * 2009-05-05 2009-10-07 武汉科技大学 一种硅质耐火浇注料及其制备方法
CN102060553A (zh) * 2010-11-26 2011-05-18 上海交通大学 石英陶瓷坩埚的制备方法
CN102351519A (zh) * 2011-07-22 2012-02-15 丹阳市精密合金厂有限公司 一种浇注陶瓷型芯及其制备方法
CN103086726A (zh) * 2013-01-11 2013-05-08 成都蜀冶新材料有限责任公司 氧化硅质耐火浇注料及其使用方法
CN106187227A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 温州嘉利特实业有限公司 一种浇注成型高温耐火炉的填充材料及其成型工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
葛山等: "《无机非金属材料实验教程》", 31 October 2008, 冶金工业出版社 *

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