本發(fā)明涉及一種耐火材料的制備方法，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在科技高速發(fā)展的形勢下，制取耐高溫抗腐蝕、高性能、高效益的新型材料，首先必須解決制取過程中所需要的耐火材料。而熔點高、化學穩(wěn)定好，高溫性能優(yōu)良氧化物材料并不多。在鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展和電子元器件性能日益提高的大環(huán)境要求下，耐火材料愈來愈多的得以應(yīng)用，其中冶金行業(yè)的使用量最大，在電子行業(yè)的使用最具特點。冶金行業(yè)中耐火材料主要是鑄造用鋯英砂，穩(wěn)定制品基本用于水口。電子行業(yè)使用的耐火材料利用了材料的化學穩(wěn)定性和相變增韌機理。
目前傳統(tǒng)的耐火材料生產(chǎn)工藝過程為：一是分級配料，干法混合，壓制成型，干燥燒成。成型要求的壓力大，對設(shè)備以及模具的損傷大，半成品容易造成脫模損傷，燒成合格率低，此外，燒成溫度相對比較高；二是采用原料微粉，通過噴霧或?qū)佋炝?，?jīng)壓制成型后燒制而成。通過噴霧造粒方式，得到的球形顆粒強度低；通過對輥造粒方式，得到的顆粒在造粒過程中容易粉碎，收得率低，且成品結(jié)構(gòu)致密性差，有氣孔產(chǎn)生，晶粒分布不均勻?？偟膩碚f，由于目前耐火材料熔點較高難燒結(jié)，燒成溫度需在1700℃以上，燒成溫度能耗大，燒成溫度范圍窄，易造成制品開裂、變形，且致密部分存在大量氣孔，導致熱震穩(wěn)定性差，在使用過程中易出現(xiàn)炸裂、開裂、脫溶等現(xiàn)象。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對耐火材料在制備過程中易使制品開裂、變形，且致密部分存在大量氣孔，導致熱震穩(wěn)定性差，在使用過程中易出現(xiàn)炸裂、開裂、脫溶的弊端，提供了一種取活性炭與硫酸溶液等保溫，超聲振蕩制得改性活性炭，與氧氯化鋯等攪拌反應(yīng)，冷藏、二次靜置過濾后，加入二氧化鈦、氧化硼等混合球磨，壓制得毛胚，干燥煅燒制得耐火材料的方法。本發(fā)明制備步驟簡單，原料易燒結(jié)，能耗小，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密性和熱震穩(wěn)定性好，無開裂、變形現(xiàn)象，使用過程中無炸裂、開裂、脫溶現(xiàn)象發(fā)生。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是：
（1）按固液比1:3，取活性炭和質(zhì)量分數(shù)為45％硫酸溶液放入容器中，再加入活性炭質(zhì)量1.2～1.6％的二丁酸二辛酯磺酸鈉，隨后對容器加熱至55～60℃，保溫1～2h，自然冷卻至室溫，并將容器置于超聲振蕩器中，設(shè)定頻率為48～53kHz，振蕩45～55min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入風干機中風干，得改性活性炭；
（2）按重量份數(shù)計，取33～36份上述改性活性炭、22～25份氧氯化鋯、35～42份乙二醇、14～16份丙酮、9～13份壬二酸二甲酯、6～8份尿素及2～4份氧化鋰，放入高壓反應(yīng)釜中，使用氮氣保護，并升壓至2～3MPa，升溫至120～130℃，以200r/min攪拌反應(yīng)4～6h；
（3）在上述反應(yīng)結(jié)束后，降壓至標準大氣壓，再自然降溫至70～80℃，趁熱出料，將出料物置于冷藏室內(nèi)，在0～5℃靜置10～15min，隨后自然升溫至室溫，并進行過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，按固液比1:3，將洗滌后的濾渣浸泡于質(zhì)量分數(shù)20％氨水溶液中，靜置20～30min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性并風干，得耐火材料基料；
（4）按重量份數(shù)計，取56～63份上述耐火材料基料、18～22份二氧化鈦、11～13份氧化硼、7～9份水、5～7份氧化鐵及2～4份木質(zhì)素磺酸鈣，放入球磨機中球磨混合20～30min，隨后將球磨混合物放入模具中進行壓制成型，得毛胚；
（5）將上述所得的毛胚置于干燥箱中，在100～115℃干燥8～10h，隨后置于煅燒爐中，使用氮氣保護，設(shè)定溫度為1100～1300℃，保溫燒結(jié)3～5h，再隨爐冷卻至室溫，即可得到耐火材料。
本發(fā)明制得的耐火材料顯氣孔率為18.5～22.3％，密度為4.23～4.31g/m3，耐壓強度為308～342MPa，抗彎強度為258～288MPa，斷裂韌性為2.5～2.8MPa·m1/2，耐火度>1825℃，1000℃下導熱系數(shù)為3.70～3.72W/m·k，熱震性1000℃水冷18～20次。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備步驟簡單，原料易燒結(jié)，能耗小，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密性好，無開裂、變形現(xiàn)象；
（2）熱震穩(wěn)定性好，使用過程中無炸裂、開裂、脫溶現(xiàn)象發(fā)生。
具體實施方式
首先按固液比1:3，取活性炭和質(zhì)量分數(shù)為45％硫酸溶液放入容器中，再加入活性炭質(zhì)量1.2～1.6％的二丁酸二辛酯磺酸鈉，隨后對容器加熱至55～60℃，保溫1～2h，自然冷卻至室溫，并將容器置于超聲振蕩器中，設(shè)定頻率為48～53kHz，振蕩45～55min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入風干機中風干，得改性活性炭；然后按重量份數(shù)計，取33～36份上述改性活性炭、22～25份氧氯化鋯、35～42份乙二醇、14～16份丙酮、9～13份壬二酸二甲酯、6～8份尿素及2～4份氧化鋰，放入高壓反應(yīng)釜中，使用氮氣保護，并升壓至2～3MPa，升溫至120～130℃，以200r/min攪拌反應(yīng)4～6h；再在上述反應(yīng)結(jié)束后，降壓至標準大氣壓，再自然降溫至70～80℃，趁熱出料，將出料物置于冷藏室內(nèi)，在0～5℃靜置10～15min，隨后自然升溫至室溫，并進行過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，按固液比1:3，將洗滌后的濾渣浸泡于質(zhì)量分數(shù)20％氨水溶液中，靜置20～30min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性并風干，得耐火材料基料；按重量份數(shù)計，取56～63份上述耐火材料基料、18～22份二氧化鈦、11～13份氧化硼、7～9份水、5～7份氧化鐵及2～4份木質(zhì)素磺酸鈣，放入球磨機中球磨混合20～30min，隨后將球磨混合物放入模具中進行壓制成型，得毛胚；最后將上述所得的毛胚置于干燥箱中，在100～115℃干燥8～10h，隨后置于煅燒爐中，使用氮氣保護，設(shè)定溫度為1100～1300℃，保溫燒結(jié)3～5h，再隨爐冷卻至室溫，即可得到耐火材料。
實例1
首先按固液比1:3，取活性炭和質(zhì)量分數(shù)為45％硫酸溶液放入容器中，再加入活性炭質(zhì)量1.2％的二丁酸二辛酯磺酸鈉，隨后對容器加熱至55℃，保溫1h，自然冷卻至室溫，并將容器置于超聲振蕩器中，設(shè)定頻率為48kHz，振蕩45min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入風干機中風干，得改性活性炭；然后按重量份數(shù)計，取33份上述改性活性炭、22份氧氯化鋯、35份乙二醇、14份丙酮、9份壬二酸二甲酯、6份尿素及2份氧化鋰，放入高壓反應(yīng)釜中，使用氮氣保護，并升壓至2MPa，升溫至120℃，以200r/min攪拌反應(yīng)4h；再在上述反應(yīng)結(jié)束后，降壓至標準大氣壓，再自然降溫至70℃，趁熱出料，將出料物置于冷藏室內(nèi)，在0℃靜置10min，隨后自然升溫至室溫，并進行過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，按固液比1:3，將洗滌后的濾渣浸泡于質(zhì)量分數(shù)20％氨水溶液中，靜置20min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性并風干，得耐火材料基料；按重量份數(shù)計，取56份上述耐火材料基料、18份二氧化鈦、11份氧化硼、7份水、5份氧化鐵及2份木質(zhì)素磺酸鈣，放入球磨機中球磨混合20min，隨后將球磨混合物放入模具中進行壓制成型，得毛胚；最后將上述所得的毛胚置于干燥箱中，在100℃干燥8h，隨后置于煅燒爐中，使用氮氣保護，設(shè)定溫度為1100℃，保溫燒結(jié)3h，再隨爐冷卻至室溫，即可得到耐火材料。
本發(fā)明制備步驟簡單，原料易燒結(jié)，能耗小，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密性好，無開裂、變形現(xiàn)象；熱震穩(wěn)定性好，使用過程中無炸裂、開裂、脫溶現(xiàn)象發(fā)生；制得的耐火材料顯氣孔率為18.5％，密度為4.23g/m3，耐壓強度為308MPa，抗彎強度為258MPa，斷裂韌性為2.5MPa·m1/2，耐火度為1828℃，1000℃下導熱系數(shù)為3.70W/m·k，熱震性1000℃水冷18次。
實例2
首先按固液比1:3，取活性炭和質(zhì)量分數(shù)為45％硫酸溶液放入容器中，再加入活性炭質(zhì)量1.4％的二丁酸二辛酯磺酸鈉，隨后對容器加熱至58℃，保溫2h，自然冷卻至室溫，并將容器置于超聲振蕩器中，設(shè)定頻率為51kHz，振蕩50min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入風干機中風干，得改性活性炭；然后按重量份數(shù)計，取35份上述改性活性炭、23份氧氯化鋯、38份乙二醇、15份丙酮、11份壬二酸二甲酯、7份尿素及3份氧化鋰，放入高壓反應(yīng)釜中，使用氮氣保護，并升壓至3MPa，升溫至125℃，以200r/min攪拌反應(yīng)5h；再在上述反應(yīng)結(jié)束后，降壓至標準大氣壓，再自然降溫至75℃，趁熱出料，將出料物置于冷藏室內(nèi)，在3℃靜置13min，隨后自然升溫至室溫，并進行過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，按固液比1:3，將洗滌后的濾渣浸泡于質(zhì)量分數(shù)20％氨水溶液中，靜置25min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性并風干，得耐火材料基料；按重量份數(shù)計，取60份上述耐火材料基料、20份二氧化鈦、12份氧化硼、8份水、6份氧化鐵及3份木質(zhì)素磺酸鈣，放入球磨機中球磨混合25min，隨后將球磨混合物放入模具中進行壓制成型，得毛胚；最后將上述所得的毛胚置于干燥箱中，在108℃干燥9h，隨后置于煅燒爐中，使用氮氣保護，設(shè)定溫度為1200℃，保溫燒結(jié)4h，再隨爐冷卻至室溫，即可得到耐火材料。
本發(fā)明制備步驟簡單，原料易燒結(jié)，能耗小，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密性好，無開裂、變形現(xiàn)象；熱震穩(wěn)定性好，使用過程中無炸裂、開裂、脫溶現(xiàn)象發(fā)生；制得的耐火材料顯氣孔率為20.4％，密度為4.27g/m3，耐壓強度為325MPa，抗彎強度為273MPa，斷裂韌性為2.7MPa·m1/2，耐火度為1833℃，1000℃下導熱系數(shù)為3.71W/m·k，熱震性1000℃水冷19次。
實例3
首先按固液比1:3，取活性炭和質(zhì)量分數(shù)為45％硫酸溶液放入容器中，再加入活性炭質(zhì)量1.6％的二丁酸二辛酯磺酸鈉，隨后對容器加熱至60℃，保溫2h，自然冷卻至室溫，并將容器置于超聲振蕩器中，設(shè)定頻率為53kHz，振蕩55min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，將濾渣放入風干機中風干，得改性活性炭；然后按重量份數(shù)計，取36份上述改性活性炭、25份氧氯化鋯、42份乙二醇、16份丙酮、13份壬二酸二甲酯、8份尿素及4份氧化鋰，放入高壓反應(yīng)釜中，使用氮氣保護，并升壓至3MPa，升溫至130℃，以200r/min攪拌反應(yīng)6h；再在上述反應(yīng)結(jié)束后，降壓至標準大氣壓，再自然降溫至80℃，趁熱出料，將出料物置于冷藏室內(nèi)，在5℃靜置15min，隨后自然升溫至室溫，并進行過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性，按固液比1:3，將洗滌后的濾渣浸泡于質(zhì)量分數(shù)20％氨水溶液中，靜置30min后過濾，使用蒸餾水洗滌濾渣至中性并風干，得耐火材料基料；按重量份數(shù)計，取63份上述耐火材料基料、22份二氧化鈦、13份氧化硼、9份水、7份氧化鐵及4份木質(zhì)素磺酸鈣，放入球磨機中球磨混合30min，隨后將球磨混合物放入模具中進行壓制成型，得毛胚；最后將上述所得的毛胚置于干燥箱中，在115℃干燥10h，隨后置于煅燒爐中，使用氮氣保護，設(shè)定溫度為1300℃，保溫燒結(jié)5h，再隨爐冷卻至室溫，即可得到耐火材料。
本發(fā)明制備步驟簡單，原料易燒結(jié)，能耗小，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密性好，無開裂、變形現(xiàn)象；熱震穩(wěn)定性好，使用過程中無炸裂、開裂、脫溶現(xiàn)象發(fā)生；制得的耐火材料顯氣孔率為22.3％，密度為4.31g/m3，耐壓強度為342MPa，抗彎強度為288MPa，斷裂韌性為2.8MPa·m1/2，耐火度為1841℃，1000℃下導熱系數(shù)為3.72W/m·k，熱震性1000℃水冷20次。