專利名稱：二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種耐火材料及其制備方法，具體的說，是一種二氧化鈦溶膠增強剛 玉莫來石制品及其生產方法。
背景技術：
目前，盡管剛玉莫來石復相陶瓷已同時具備剛玉和莫來石的優異性能，但其耐壓 抗折強度、抗熱震性還是不盡如人意。鈦酸鋁陶瓷材料因其具有熔點高(1860°C )，熱膨脹系數低(0. 5 1. 5X 10-6/K) 的優異性能，而越來越受到人們的重視。但其存在兩個缺點一是晶體在各個方向上膨脹系 數差異較大易產生微裂紋，影響機械強度；二是在850°C 130(TC間易分解成金紅石和剛 玉相。現有的研究多以鈦酸鋁為基體引入其他氧化物進行改性，如在公開號為 CN101456730A中，介紹了鈦酸鋁陶瓷中加入一定量的莫來石，有效提高材料的機械強度，抑 制鈦酸鋁分解；在公開號為CN 101397207A中，介紹了將鈦酸鋁與鈦酸鋯材料復合，制備耐 高溫、抗熱震、強度高的復合材料；在公開號為CN 101343174A中，介紹了利用納米氧化鋁 和納米二氧化鈦，聚乙烯醇、聚乙烯等為粘結劑，制備耐磨損、抗腐蝕的氧化鋁鈦酸鋁陶瓷 復合材料。只有少部分的研究是將鈦酸鋁作為第二相去改進陶瓷材料性能，如在公開號 CN100439283C中，介紹了在原料中引入鈦白粉，制備堇青石鈦酸鋁窯具材料；在發表于 2009年6月《耐火材料》第43卷第3期《莫來石-鈦酸鋁窯具的制備與性能研究》一文中， 任耘等人采用原位合成技術合成莫來石_鈦酸鋁復相材料，合成的材料具有較高的高溫抗 折強度和良好的抗熱震性；在2001年2月《鞍山鋼鐵學院學報》第24卷第1期《莫來石_鈦 酸鋁復相材料的研究》一文中，郭玉香等人利用化學純二氧化鈦，在莫來石基質中原位形成 鈦酸鋁，從而顯著提高莫來石制品的抗熱震穩定性和荷重軟化溫度。目前，尚未有以二氧化鈦溶膠為結合劑，在剛玉莫來石基質中原位生成鈦酸鋁來 制備耐壓、抗折和抗熱震性能優異的復相陶瓷窯具的相關報道。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種提高莫來石的耐壓強度、抗折強度和抗熱震 性能的二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品及其生產方法。為了解決上述技術問題，本發明提供一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品，由 重量百分比為15 % 55 %的剛玉顆粒、15 % 55 %的莫來石顆粒、15 % 45 %的鋁微粉、 15% 25%的硅微粉和0% 40%的紅柱石顆粒組成原料，剛玉顆粒、莫來石顆粒和紅柱 石顆粒均< 3mm，鋁微粉和硅微粉均< 2 μ m ；以占原料總重5 % 20 %的二氧化鈦溶膠作為 結合劑。本發明還同時提供了上述二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法，包括如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混1 2小時，得到干粉料；2)、在上述干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混1 2小時，得混合物；3)、將混合物困料5 20小時后壓制成型，成型壓力110 150MPa，自然干燥1 1. 5天后，在1450 1600°C下燒制8 10小時，得二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石窯具。作為本發明的二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法的改進二氧化鈦溶 膠的固相重量含量為2% 10%。本發明中所用到的二氧化鈦溶膠可按照2008年5月發表在《稀有金屬 材料 與工 程》“銳鈦礦-金紅石混晶Ti02溶膠的制備及光催化性能”(2008，37 (2) 201-204)進行 制備所用原料為鈦酸丁酯、無水乙醇、去離子水(質量比為8 4 100)，均為分析純，用 鹽酸調節PH值為0. 05，得到二氧化鈦溶膠，然后將溶膠倒入廣口燒杯中，置于干燥箱中在 60°C下烘2-10h，所得二氧化鈦溶膠的固相含量即為2% 10%。本發明的剛玉莫來石制品生產方法，是發明人經過長期實驗探索所獲得的在剛 玉莫來石復相陶瓷中，如果能引入適量且分散性較好的鈦酸鋁，即可充分利用鈦酸鋁易產 生微裂紋的性質，這樣受熱時晶格質點引起的熱膨脹可被微裂紋抵消，從而增強剛玉莫來 石復相陶瓷的抗熱震性能。且復相陶瓷中新相莫來石的生成，包圍在鈦酸鋁晶體周圍，對其 晶體產生巨大壓應力，可以起到抑制晶格畸變，從而使鈦酸鋁穩定存在。本發明的技術優點是通過一定量二氧化鈦溶膠的引入，產生了活性較高且分散 均勻的二氧化鈦顆粒，之后與鋁微粉結合原位生成鈦酸鋁，所形成的微裂紋不僅起到了可 以抵消熱膨脹的效果而且也兼具有微裂紋增韌作用。另外莫來石的存在和新相莫來石的生 成，使得莫來石晶粒包圍在鈦酸鋁晶體周圍，從而在燒結過程中由熱膨脹性的差異而產生 對鈦酸鋁晶體的巨大壓應力，起到抑制晶格畸變、穩定晶格的作用。此外，高溫燒結時莫來 石中的二氧化硅成分擴散進入鈦酸鋁晶格中，也起到了抑制鈦酸鋁的分解。本發明不僅充分利用了鈦酸鋁本身的優異性能，而且巧妙地利用了它易產生微裂 紋的特點，更重要的是結合莫來石晶粒穩定其晶格達到了抑制鈦酸鋁分解的效果。本發明以引入二氧化鈦溶膠的方式，然后原位生成鈦酸鋁；本發明對二氧化鈦溶 膠的用量作了限定；原因是若鈦酸鋁生成過多，產生的裂紋會破壞剛玉莫來石的結構，起到 負面影響。采用本發明的方法生產的剛玉莫來石制品，體積密度2. 5 3. Og/cm3，氣孔率 10% 25%，抗折強度15 40MPa，耐壓強度80 130MPa，在推板窯中使用次數達到120 200次。而國內現有剛玉莫來石推板的抗折強度IlMPa左右，耐壓強度66MPa ；從日本進口 的推板其抗折強度12MPa左右，耐壓強度IOOMPa左右。因此，本發明的剛玉莫來石制品與 以上兩種產品相比，有著更為優異的機械強度。綜上所述，本發明很好地改善了剛玉莫來石窯具制品，提高了其抗壓抗折強度和 使用壽命。采用本發明的方法生產的剛玉莫來石窯具制品，可用于推板、棚板、承燒板、匣缽 等耐火材料，也可用于建筑材料、機械制造、石油化工、鋼鐵冶金、航天航空等。
具體實施例方式實施例1、一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法，由重量百分比為20%的剛玉顆粒(< 3mm)、35%的莫來石顆粒(< 3mm)、15%的鋁微粉(彡2μπι)、15%的 硅微粉(< 2 μ m)和15%的紅柱石顆粒(< 3mm)組成原料，以占原料總重20%的二氧化鈦 溶膠作為結合劑，該二氧化鈦溶膠中二氧化鈦的固相重量含量為5% ；依次進行如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混1小時，得到干粉料；2)、在干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混2小時，得混合物；3)、將混合物室溫下困料20小時后壓制成型，成型壓力120Mpa ；自然干燥1天(24h)后，在1450°C下燒制8小時，得到二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品。其體積密度2. 7g/cm3,氣孔率12 %，抗折強度30MPa，耐壓強度llOMPa，在推板窯 中使用次數達到120次。實施例2、一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法，由重量百分比為 15%的剛玉顆粒(< 3mm)、35%的莫來石顆粒(< 3mm)、25%的鋁微粉(< 2 μ m)和25% 的硅微粉(<2μπι)組成原料，以占原料總重5%的二氧化鈦溶膠作為結合劑，該二氧化鈦 溶膠中二氧化鈦的固相重量含量為10% ；依次進行如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混2小時，得到干粉料；2)、在干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混1小時，得混合物；3)、將混合物室溫下困料5小時后壓制成型，成型壓力150MPa，自然干燥1. 5天后， 在160(TC下燒制10小時，得二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品。其體積密度2. 9g/cm3,氣孔率20 %，抗折強度35MPa，耐壓強度120MPa，在推板窯 中使用次數達到175次。實施例3、一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法，由重量百分比為 40%的剛玉顆粒(< 3mm)、15%的莫來石顆粒(< 3mm)、15%的鋁微粉(彡2 μ m)、20%的 硅微粉(< 2 μ m)和10%的紅柱石顆粒(< 3mm)組成原料，以占原料總重10%的二氧化鈦 溶膠作為結合劑，該二氧化鈦溶膠中二氧化鈦的固相重量含量為2% ；依次進行如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混2小時，得到干粉料；2)、在干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混2小時，得混合物；3)、將混合物室溫下困料5小時后壓制成型，成型壓力IlOMpa ；自然干燥1天后， 在150(TC下燒制8小時，得二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品。其體積密度2. 77g/cm3,氣孔率15%，抗折強度30MPa，耐壓強度120MPa，在推板窯 中使用次數達到140次。實施例4、一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石窯具的生產方法，由重量百分比為 30%的剛玉顆粒(< 3mm)、15%的莫來石顆粒(< 3mm)、20%的鋁微粉(彡2μπι)、15%的 硅微粉(< 2 μ m)、20%的紅柱石顆粒(< 3mm)組成原料，以占原料總重5%的二氧化鈦溶 膠作為結合劑，該二氧化鈦溶膠中二氧化鈦的固相重量含量為2% ；依次進行如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混2小時，得到干粉料；2)、在干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混2小時，得混合物；3)、將混合物室溫下困料20小時后壓制成型，成型壓力150Mpa ；自然干燥1. 5天 后，在160(TC下燒制10小時，得二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品。其體積密度2. 78g/cm3,氣孔率13%，抗折強度25MPa，耐壓強度llOMPa，在推板窯 中使用次數達到125次。
對比實施例1、按照專利號為200610052095. 7的《紅柱石窯具制品的生產方法》， 由重量百分比為30%的剛玉顆粒(< 3mm)、15%的莫來石顆粒(< 3mm)、20 %的鋁微粉 (彡2 μ m)、15%的硅微粉(彡2 μ m)、20%的紅柱石顆粒(< 3mm)組成原料，以占原料總重 4%的硅溶膠作為結合劑。所得的紅柱石窯具制品體積密度2. 8g/cm3，氣孔率17%，抗折強 度llMPa，耐壓強度66MPa，在推板窯中使用次數達到90次。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發 明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容 直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品，其特征是由重量百分比為15％～55％的剛玉顆粒、15％～55％的莫來石顆粒、15％～45％的鋁微粉、15％～25％的硅微粉和0％～40％的紅柱石顆粒組成原料，所述剛玉顆粒、莫來石顆粒和紅柱石顆粒均＜3mm，所述鋁微粉和硅微粉均≤2μm；以占原料總重5％～20％的二氧化鈦溶膠作為結合劑。
2.如權利要求1所述的一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法，其特征在 于包括如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混1 2小時，得到干粉料；2)、在上述干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混1 2小時，得混合物；3)、將混合物困料5 20小時后壓制成型，成型壓力110 150MPa，自然干燥1 1.5 天后，在1450 1600°C下燒制8 10小時，得二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石窯具。
3.根據權利要求2所述的一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品的生產方法，其特征 在于所述二氧化鈦溶膠的固相重量含量為2% 10%。
全文摘要
本發明公開了一種二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石制品，由重量百分比為15％～55％的剛玉顆粒、15％～55％的莫來石顆粒、15％～45％的鋁微粉、15％～25％的硅微粉和0％～40％的紅柱石顆粒組成原料，剛玉顆粒、莫來石顆粒和紅柱石顆粒均＜3mm，鋁微粉和硅微粉均≤2μm；以占原料總重5％～20％的二氧化鈦溶膠作為結合劑。本發明還同時提供了其生產方法，包括如下步驟1)、將全部原料放入混料機中干混；2)、在所得干粉料中加入二氧化鈦溶膠后濕混；3)、將混合物依次經困料、壓制成型、自然干燥和燒制。本發明所得制品具有優良的耐壓強度和抗折強度。
文檔編號C04B35/66GK101857448SQ201010190419
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月3日 優先權日2010年6月3日
發明者徐生富, 李文彥, 楊輝, 郭興忠 申請人:安吉科靈磁性材料有限公司