CN105110788B - 锆英石包覆二氧化锆粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锆英石包覆二氧化锆粉体及其制备方法，属于粉体工程技术领域。所述的锆英石包覆二氧化锆粉体，其内核为单斜二氧化锆，包覆层为锆英石，解决了现有工艺中存在的锆英石/氧化锆复相材料烧结致密化困难的问题，能够有效改善锆英石/氧化锆复相材料的烧结性能，降低复相材料的气孔率；其制备方法包括制备二氧化锆悬浮液、制备二氧化硅包覆二氧化锆粉体、制备锆英石包覆二氧化锆粉体三个步骤，其制备步骤简单易行，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种锆英石包覆二氧化锆粉体及其制备方法，属于粉体工程技术领域。
背景技术
致密锆英石砖作为耐火材料的优势在于它优异的高温物理性能，如低热膨胀系数，低热导率和良好的抗侵蚀性，能够抗玻璃、熔渣和液态金属合金的侵蚀。致密锆英石砖作为无碱玻璃纤维池窑的关键内衬材料，用作熔化池和澄清池的池壁背衬砖、池底铺面砖和亚层砖，主通路和作业通路的壁砖、底砖，流槽砖和拉丝砖等。
无碱玻璃液对其侵蚀的主要机制为玻璃液对砖体表面的冲刷，通过开口气孔引起玻璃液向砖体内部扩散与渗透，使结构疏松，砖体表面与内部结合力减弱，加上玻璃液的冲刷作用，外层砖体缓慢溶解。因而，降低气孔率有利于材料抗侵蚀性的提高。
致密锆英石砖的缺点在于，随着使用温度的提高，致密锆英石砖的抗侵蚀性能下降，为保证该砖的使用寿命，其使用温度最好在1370℃以下。此外，为了使锆英石砖烧结致密，通常使用较高的温度烧结或加入少量助烧剂，但这两种方法均易引起锆英石的分解，造成结构疏松，并会产生一部分方英石相，会降低其抗玻璃侵蚀性。
锆质耐火材料有着良好的抗高温熔体的侵蚀性，使之在无碱玻璃熔窑中作为接触玻璃液的内衬材料被广泛采用。氧化锆含量为85～95％的高氧化锆电熔耐火材料具有更好的耐蚀性，对玻璃料液污染性低，尤其适用于低碱和无碱玻璃熔窑。
烧结氧化锆耐火材料通常进行全部或部分稳定处理，添加Y2O3、MgO、CaO等稳定剂来防止其因体积过度变化而崩裂。然而，这种含有稳定剂的高氧化锆烧结耐火材料使用在玻璃窑炉上时，稳定剂会溶解于玻璃液中，稳定氧化锆又变为非稳定氧化锆，导致组织脆弱，同时稳定剂与玻璃液结合，会引发玻璃内出现砂砾、结石等缺陷。另外，氧化锆原料价格高，生产高纯氧化锆将显著地增加成本。
结合锆英石和氧化锆的特性，锆英石/氧化锆复相材料研究和应用受到关注，根据其化学组成，抗侵蚀性优于锆英石材料。但是，由于引入氧化锆后，氧化锆与锆英石两相间的烧结性较差，致使复相材料的气孔率较高，影响了复相材料抗玻璃侵蚀性能的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种锆英石包覆二氧化锆粉体，解决了现有工艺中存在的锆英石/氧化锆复相材料烧结致密化困难的问题，能够有效改善锆英石/氧化锆复相材料的烧结性能，降低复相材料的气孔率；本发明同时提供其制备方法。
本发明所述的锆英石包覆二氧化锆粉体，内核为单斜二氧化锆，包覆层为锆英石。
其中：
所述的二氧化锆的平均粒径在0.1-5μm范围内；
所述的锆英石占粉体质量的1-20wt％，二氧化锆占粉体质量的80-99wt％。
本发明所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备二氧化锆悬浮液：
将分散剂溶解于水中，调节其pH值在3-5之间，然后加入二氧化锆粉体，球磨后得到稳定悬浮的二氧化锆悬浮液；
(2)制备二氧化硅包覆二氧化锆粉体：
搅拌上述二氧化锆悬浮液，向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加完毕后继续搅拌，使溶胶粒子吸附在二氧化锆颗粒表面，再将悬浮液加热并保持搅拌，使水分挥发，得到二氧化硅凝胶包覆的二氧化锆粉体，然后对其进行干燥，得到二氧化钛包覆二氧化锆粉体。
(3)制备锆英石包覆二氧化锆粉体：
将二氧化硅包覆二氧化锆粉体进行煅烧，二氧化硅与二氧化锆颗粒表面反应，生成的锆英石包覆在二氧化锆颗粒表面，然后研磨煅烧后的粉体，过筛后得到锆英石包覆二氧化锆粉体。
其中：
步骤(1)中分散剂为改性聚羧酸盐AN-2000，用乳酸调节pH值在3-5之间；分散剂的用量为二氧化锆粉体的0.1-0.4wt％，二氧化锆粉体与水的体积比为25-50:50-75，球磨时间为24-48h。
步骤(2)中以二氧化硅计，酸性硅溶胶加入量为二氧化锆和二氧化硅总质量的0.33-6.6％，滴加酸性硅溶胶完毕后继续搅拌4-8h；将悬浮液加热到80-90℃并保持搅拌；干燥温度为200-250℃，干燥时间为4-8h。
步骤(3)中煅烧温度为1400-1500℃，煅烧时间为4-10h；筛网目数为200目。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的锆英石包覆二氧化锆粉体，能够有效提高锆英石/氧化锆复相材料的烧结性能，降低复相材料的气孔率；其制备工艺简单，易于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
二氧化锆原料平均粒径为0.1μm，分散剂改性聚羧酸盐AN-2000用量为二氧化锆粉体质量的0.4％，二氧化锆粉体与水的体积比为25:75，按上述计量比，将分散剂溶解于水中，用乳酸调节溶液的pH值为5，再加入二氧化锆粉体，球磨分散48小时，得到二氧化锆悬浮液。
搅拌上述悬浮液，缓慢滴加酸性硅溶胶，以二氧化硅计，加入量为悬浮液中二氧化锆和二氧化硅总量的6.6％。滴加完毕，继续搅拌4小时，然后将悬浮液加热到80℃，搅拌干燥，再置于干燥箱在200℃干燥8小时，得到二氧化硅包覆二氧化锆粉体。
将上述粉体在窑炉中加热到1400℃，保温4小时，降至室温。研磨煅烧后的粉体，过200目筛，得到锆英石包覆二氧化锆粉体。按计量比，锆英石含量为20wt％。
实施例2
二氧化锆平均粒径2μm，分散剂改性聚羧酸盐AN-2000用量为二氧化锆质量的0.3％，二氧化锆粉体与水的体积比为40:60，按上述计量比，将分散剂溶解于水中，用乳酸调节溶液的pH值为4，再加入二氧化锆粉体，球磨分散36小时，得到二氧化锆悬浮液。
搅拌上述悬浮液，缓慢滴加酸性硅溶胶，以二氧化硅计，加入量为悬浮液中二氧化锆和二氧化硅总量的3.3％。滴加完毕，继续搅拌4小时，然后将悬浮液加热到85℃，搅拌干燥，再置于干燥箱在220℃干燥6小时，得到二氧化硅包覆二氧化锆粉体。
将上述粉体在窑炉中加热到1450℃，保温6小时，降至室温。研磨煅烧后的粉体，过200目筛，得到锆英石包覆二氧化锆粉体。按计量比，锆英石含量为10wt％。
实施例3
二氧化锆平均粒径5μm，分散剂改性聚羧酸盐AN-2000用量为二氧化锆质量的0.1％，二氧化锆粉体与水的体积比为50:50，按上述计量比，将分散剂溶解于水中，用乳酸调节溶液的pH值为3，再加入二氧化锆粉体，球磨分散24小时，得到二氧化锆悬浮液。
搅拌上述悬浮液，缓慢滴加酸性硅溶胶，以二氧化硅计，加入量为悬浮液中二氧化锆和二氧化硅总量的0.33％。滴加完毕，继续搅拌8小时，然后将悬浮液加热到90℃，搅拌干燥，再置于干燥箱在250℃干燥4小时，得到二氧化硅包覆二氧化锆粉体。
将上述粉体在窑炉中加热到1500℃，保温10小时，降至室温。研磨煅烧后的粉体，过200目筛，得到锆英石包覆二氧化锆粉体。按计量比，锆英石含量为1wt％。
Claims (7)
1.一种锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：内核为单斜二氧化锆，包覆层为锆英石；
所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备二氧化锆悬浮液：
将分散剂改性聚羧酸盐AN-2000溶解于水中，乳酸调节其pH值在3-5之间，然后加入二氧化锆粉体，球磨后得到稳定悬浮的二氧化锆悬浮液；
（2）制备二氧化硅包覆二氧化锆粉体：
搅拌二氧化锆悬浮液，向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加完毕后继续搅拌，使溶胶粒子吸附在二氧化锆颗粒表面，再将悬浮液加热并保持搅拌，使水分挥发，得到二氧化硅凝胶包覆的二氧化锆粉体，然后对其进行干燥，得到二氧化硅包覆二氧化锆粉体；
（3）制备锆英石包覆二氧化锆粉体：
将二氧化硅包覆二氧化锆粉体进行煅烧，二氧化硅与二氧化锆颗粒表面反应，生成的锆英石包覆在二氧化锆颗粒表面，然后研磨煅烧后的粉体，过筛后得到锆英石包覆二氧化锆粉体；步骤（3）中煅烧温度为1400-1500℃，煅烧时间为4-10h。
2.根据权利要求1所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：二氧化锆的平均粒径在0.1-5 μm范围内。
3.根据权利要求1所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：锆英石占粉体质量的1-20 wt%，二氧化锆占粉体质量的80-99 wt%。
4.根据权利要求1所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）中分散剂的用量为二氧化锆粉体的0.1-0.4 wt%，二氧化锆粉体与水的体积比为25-50:50-75；球磨时间为24-48h。
5.根据权利要求1所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中以二氧化硅计，酸性硅溶胶加入量为二氧化锆和二氧化硅总质量的0.33-6.6%，滴加酸性硅溶胶完毕后继续搅拌4-8h。
6.根据权利要求1所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中将悬浮液加热到80-90℃并保持搅拌；干燥温度为200-250℃，干燥时间为4-8h。
7.根据权利要求1所述的锆英石包覆二氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中筛网为200目。
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