基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，因此其使用温度最好在1370°C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。
[0005]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。
[0006]烧结氧化错耐火材料通常进行全部或部分稳定处理，添加Y203、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，可能引发玻璃内出现砂砾、结石等缺陷。另外，氧化锆原料价格高，生产高纯氧化锆材料将显著地增加成本。
[0007]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】
[0008]本发明的目的是提供一种基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料，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，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。
[0009]本发明所述的基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料，由锆英石细粉、锆英石包覆二氧化锆细粉和烧结助剂制成。
[0010]其中:
[0011]所述的锆英石细粉占70_97wt%，锆英石包覆二氧化锆细粉占3-30被％;以锆英石细粉和锆英石包覆二氧化锆细粉总量100%计，外加烧结助剂0.2-1.0wt%。
[0012]所述的锆英石包覆二氧化锆细粉中的锆英石含量为包覆粉体的l_20wt%。
[0013]所述的锆英石细粉的平均粒径为1-10 μ m，锆英石包覆二氧化锆细粉的平均粒径为0.1-5 μ m，烧结助剂的平均粒径为0.5 μ m。
[0014]所述的烧结助剂为二氧化钛。
[0015]所述的锆英石包覆二氧化锆细粉的制备方法包括以下步骤:
[0016](I)制备二氧化锆悬浮液:
[0017]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错悬浮液；
[0018](2)制备二氧化硅包覆二氧化锆粉体:
[0019]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；
[0020](3)制备锆英石包覆二氧化锆粉体:
[0021]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细粉。
[0022]步骤(I)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；步骤(I)中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 ;二氧化锆粉体的平均粒径在0.1_5 μπι范围内。
[0023]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 ;步骤⑵中将悬浮液加热到80-90°C并保持搅拌；干燥温度为200-250°C，干燥时间为4-8h ;
[0024]步骤(3)中煅烧温度为1400-1500°C，煅烧时间为4_10h ;步骤(3)中筛网为200目。
[0025]本发明所述的基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料的制备方法，包括以下步骤:
[0026](I)对按计量称取的锆英石细粉、锆英石包覆氧化锆细粉和烧结助剂进行湿混后球磨，得到混合均匀的浆料；
[0027](2)干燥浆料得到用于成型的混合粉体；
[0028](3)将粉体成型为生坯；
[0029](4)烧结生坯得到复相材料。
[0030]其中:
[0031]步骤(2)中干燥采用烘干或喷雾造粒工艺，优选喷雾造粒；
[0032]步骤(3)中成型采用干压或等静压成型，优选等静压成型；
[0033]步骤(4)中生坯在1520-1650°C下烧结20_30h。
[0034]本发明的有益效果如下:
[0035]本发明所述的基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料，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，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；其制备工艺简单，易于工业化生产。
【具体实施方式】
[0036]以下结合实施例对本发明做进一步描述。
[0037]实施例1
[0038]基于锆英石包覆二氧化锆粉体的锆英石/氧化锆复相材料的制备方法如下:
[0039](I)锆英石细粉平均粒径约I μ m，锆英石包覆氧化锆细粉平均粒径约2 μ m。其中，锆英石包覆氧化锆细粉中的锆英石含量为包覆粉体的10wt%。上述两种细粉按质量比70:30称取，外加0.2wt %的二氧化钛，二氧化钛的平均粒径约0.5 μ m。将上述细粉球磨混合，得到混合浆料；
[0040](2)混合浆料喷雾造粒，造粒料的平均粒径约80 μ m ;
[0041](3)将造粒料等静压成型，成型压力200MPa ；
[0042](4)成型生坯干燥，在1520°C烧结20小时。烧结试样的气孔率约为5%。
[0043]其中，锆英石包覆氧化锆细粉的制备方法如下:
[0044]二氧化锆平均粒径2 μ m，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。
[0045]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°C，搅拌干燥，再置于干燥箱在220°C干燥6小时，得到二氧化硅包覆二氧化锆粉体。
[0046]将上述粉体在窑炉中加热到1450°C，保温6小时，降至室温。研磨煅烧后的粉体，过200目筛，得到错英石包覆二氧化错粉体。按计量比，错英石