本發(fā)明涉及耐高溫材料，尤其涉及一種高鋯耐火材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氧化鋯因具有耐高溫、機械強度高、抗侵蝕和低污染性等優(yōu)異性能，作為可與玻璃液直接接觸的關(guān)鍵的耐火材料之一，被廣泛應(yīng)用于各類玻璃窯爐。

2、目前，熔鑄法制備的高鋯耐火磚市場應(yīng)用普遍，即氧化鋯含量在85wt%以上的熔鑄磚。但由于制備高鋯耐火磚涉及熔鑄及冷卻過程，冷卻速率較快，導(dǎo)致制品中容易出現(xiàn)裂紋且孔隙含量高，因而成品率極低，產(chǎn)品價格居高不下。此外，由于氧化鋯具有較高的熱膨脹系數(shù)和較低的熱導(dǎo)率，其抗熱震性較差，在受到熱沖擊和不均勻加熱時，極易開裂，從而發(fā)生開裂和剝落，導(dǎo)致玻璃熔池壁磚的結(jié)構(gòu)受到破壞，影響玻璃窯爐的壽命及玻璃品質(zhì)。

3、因此，急需開發(fā)一種抗玻璃液侵蝕效果好，且抗熱震性能優(yōu)異的玻璃窯爐用耐火材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種兼具高韌性、高強度、高抗熱震穩(wěn)定性和抗玻璃液腐蝕能力的玻璃熔池用高鋯耐火材料及其制備方法。

2、具體
技術(shù)實現(xiàn)要素：
如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種高鋯耐火材料，所述高鋯耐火材料包括表層、中間層，以及位于所述中間層和表層之間的過渡層，所述表層、中間層與過渡層中均含有zro2和al2o3；其中，

4、所述表層中，al2o3的體積分數(shù)為0＜v(al2o3）≤10?vol%；

5、所述中間層中，al2o3的體積分數(shù)為20?vol%＜v(al2o3）＜30?vol%；

6、所述過渡層中，al2o3的體積分數(shù)為15vol%＜v(al2o3）＜20?vol%。

7、可選地，所述過渡層為多層結(jié)構(gòu)，所述過渡層中，所述al2o3含量沿表層到中間層方向呈梯度增加。

8、可選地，所述多層結(jié)構(gòu)的層數(shù)為1≤n≤4。

9、可選地，所述多層結(jié)構(gòu)中，第n層的厚度與第n-1層的厚度比為0.9-1.1。

10、可選地，所述表層的厚度為高鋯耐火材料總厚度的10%-30%；

11、所述中間層的厚度為高鋯耐火材料總厚度的15%-25%。

12、可選地，所述高鋯耐火材料的相對密度≥98?%，開孔率≤0.4?%，抗彎強度≥600mpa，臨界抗熱震溫差≥600?℃。

13、第二方面，本發(fā)明提供一種上述第一方面所述高鋯耐火材料的制備方法，所述制備方法包括：

14、zro2-al2o3復(fù)合粉體的制備：對不同配比的多組zro2-al2o3復(fù)合粉體進行濕法球磨，烘干后過篩，得到組成高鋯耐火材料表層、中間層與過渡層所需粉體；

15、成型與燒結(jié)：采用逐層鋪粉的方法，將所述粉體填裝于模具中，結(jié)合冷等靜壓的方式成型后進行無壓燒結(jié)；或者，將所述粉體填裝于模具中，結(jié)合熱壓燒結(jié)的方式進行燒結(jié)，得到致密的zro2-al2o3梯度對稱結(jié)構(gòu)耐火材料。

16、可選地，所述濕法球磨所用液相介質(zhì)由聚乙烯醇溶液和無水乙醇混合組成；其中，所述聚乙烯醇溶液的體積占比為10-30?vol%；所述聚乙烯醇的用量為所述復(fù)合粉體重量的0.5?%~1.5?%；

17、所述濕法球磨的球磨時間為10-18?h，轉(zhuǎn)速為100-200?r/min。

18、可選地，所述冷等靜壓的壓力為200-400?mpa，保壓時間為2-5?min；

19、所述無壓燒結(jié)的溫度為1550-1750?℃，保溫時間為2-4?h；

20、所述熱壓燒結(jié)的壓力為30-70?mpa，溫度為1450-1700?℃，保溫保壓時間為1-3?h。

21、第三方面，本發(fā)明提供一種上述第一方面所述高鋯耐火材料的應(yīng)用，包括，將所述高鋯耐火材料用于玻璃熔池的制備。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

23、本發(fā)明提供的一種高鋯耐火材料，所述高鋯耐火材料包括表層、中間層，以及位于所述中間層和表層之間的過渡層，所述表層、中間層與過渡層中均含有zro2和al2o3；其中，所述表層中，al2o3的體積分數(shù)為0＜v(al2o3）≤10?vol%；所述中間層中，al2o3的體積分數(shù)為20?vol%＜v(al2o3）＜30?vol%；所述過渡層中，al2o3的體積分數(shù)為15vol%＜v(al2o3）＜20vol%。

24、將本發(fā)明提供的高鋯耐火材料作為玻璃窯爐的制備原料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗熱震性能以及抗玻璃液侵蝕性能。

技術(shù)特征：

1.一種高鋯耐火材料，其特征在于，所述高鋯耐火材料包括表層、中間層，以及位于所述中間層和表層之間的過渡層，所述表層、中間層與過渡層中均含有zro2和al2o3；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鋯耐火材料，其特征在于，所述過渡層為多層結(jié)構(gòu)，所述過渡層中，所述al2o3含量沿表層到中間層方向呈梯度增加。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高鋯耐火材料，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)的層數(shù)為1≤n≤4。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述高鋯耐火材料，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)中，第n層的厚度與第n-1層的厚度比為0.9-1.1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鋯耐火材料，其特征在于，所述表層的厚度為高鋯耐火材料總厚度的10%-30%；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鋯耐火材料，其特征在于，所述高鋯耐火材料的相對密度≥98%，開孔率≤0.4?%，抗彎強度≥600?mpa，臨界抗熱震溫差≥600?℃。

7.一種上述權(quán)利要求1-6任一所述高鋯耐火材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述高鋯耐火材料的制備方法，其特征在于，所述濕法球磨所用液相介質(zhì)由聚乙烯醇溶液和無水乙醇混合組成，其中，所述聚乙烯醇溶液的體積占比為10-30vol%；所述聚乙烯醇的用量為所述復(fù)合粉體重量的0.5?%~1.5?%；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述高鋯耐火材料的制備方法，其特征在于，所述冷等靜壓的壓力為200-400?mpa，保壓時間為2-5?min；

10.一種上述權(quán)利要求1-6任一所述高鋯耐火材料的應(yīng)用，其特征在于，將所述高鋯耐火材料用于玻璃熔池的制備。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供的一種高鋯耐火材料及其制備方法和應(yīng)用，所述高鋯耐火材料包括表層、中間層，以及位于所述中間層和表層之間的過渡層，所述表層、中間層與過渡層中均含有ZrO<subgt;2</subgt;和Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；其中，所述表層中，Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的體積分數(shù)為0＜V(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;）≤10?vol%；所述中間層中，Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的體積分數(shù)為20?vol%＜V(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;）＜30?vol%；所述過渡層中，Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的體積分數(shù)為15vol%＜V(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;）＜20?vol%。將本發(fā)明提供的高鋯耐火材料作為玻璃窯爐的制備原料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗熱震性能以及抗玻璃液侵蝕性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉長青,王婉婷,高圓,李成新
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21