專利名稱：合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品及其制備方法，屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著市場的需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，耐火材料也得到了很大改善，取得了可喜的進(jìn)步。作為特殊耐火材料的硅線石產(chǎn)品有了更廣闊的應(yīng)用空間，應(yīng)用于玻璃行業(yè)、電子元件工業(yè)、磁性材料工業(yè)的居多。但是，目前的硅線石產(chǎn)品仍然存在以下問題體積密度小，為2.15～2.25g/cm3，很難達(dá)到2.3g/cm3；顯氣孔率高，25～28％，并存在Φ2～Φ8mm的大氣泡，盡管后來有廠家采取了抽真空技術(shù)，但只是消除了部分Φ3mm以上的氣泡，Φ2mm以下的氣泡很難消除；熱穩(wěn)定性差，使用時需要預(yù)熱處理，繁瑣不便，并直接影響使用壽命。總結(jié)多年來的情況，發(fā)現(xiàn)其原因主要在選料、配料和成型方面，如選料要求、配料級配、采用傳統(tǒng)的注漿、壓制成型等，因此，有待于從多方面進(jìn)行改進(jìn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種體積密度大、顯氣孔率低、熱穩(wěn)定性好、使用壽命長的合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品，本發(fā)明還同時提供了其科學(xué)合理、易于實施，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量的制備方法。
本發(fā)明所述的合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品，其晶相重量百分組成為莫來石晶相76～82％、剛玉5～9％、高硅氧玻璃相10～15％。產(chǎn)品形成以莫來石晶相為主，剛玉相和高硅氧玻璃為次的復(fù)合體。
產(chǎn)品的配料重量百分組成為α-氧化鋁粉28～32％、板狀剛玉顆粒8～12％、二氧化硅粉7～10％、莫來石骨料38～42％、莫來石粉8～14％，外加電熔鎂砂粉0.2～0.8％。
配料組分有以下要求α-氧化鋁工業(yè)一級品α-氧化鋁；板狀剛玉工業(yè)一級品板狀剛玉；
二氧化硅SiO2≥96％；莫來石Al2O3≥48％、Fe2O3≤0.8％、K2O+Na2O≤0.5％、CaO+MgO≤0.8％、Al2O3+SiO2≥98％。
制備方法包括配料、成型、燒成，其配料的顆粒重量級配為微粉料α-氧化鋁粉顆粒粒徑d≤1um的粉料 3～9％1um＜顆粒粒徑d≤9um的粉料9～26％9um＜顆粒粒徑d≤20um的粉料 16～30％20um＜顆粒粒徑d≤32um的粉料 16～30％32um＜顆粒粒徑d≤44um的粉料 9～26％44um＜顆粒粒徑d≤88um的粉料 9～23％；二氧化硅粉為顆粒粒徑d≤1um的粉料；莫來石粉為顆粒粒徑d≤88um的粉料；電熔鎂砂粉為44um≤顆粒粒徑d≤88um的粉料；骨料板狀剛玉顆粒為0.1mm≤顆粒粒徑d≤0.4mm的粉料；莫來石骨料0.4mm＜顆粒粒徑d≤0.8mm的顆粒料25～50％0.8mm＜顆粒粒徑d≤1.2mm的顆粒料25～50％1.2mm＜顆粒粒徑d≤1.6mm的顆粒料12～38％；配料級配合理，保證能夠獲得較大的體積密度、較低的顯氣孔率，并在最終的產(chǎn)品中能夠形成裂紋分叉、顆粒釘扎等特殊的微觀結(jié)構(gòu)，阻礙了大裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展，從而保證了極好的產(chǎn)品穩(wěn)定性。
成型方式采用凝膠成型方法(1)制成單體預(yù)混液；(2)加入微粉料球磨制漿再加入骨料、引發(fā)劑、消泡劑攪拌混合均勻制得懸浮體；(3)將懸浮體注入模具中固化成型。
其中的凝膠成型方法是近來推出的一種新的成型工藝，即起源于美國的凝膠注模成型(Gel-casting)的陶瓷精密成型技術(shù)。該工藝?yán)糜袡C(jī)單體聚合反應(yīng)形成的三維網(wǎng)絡(luò)凝膠特性，使陶瓷懸浮體注入模具后原位固化成陶瓷坯體。本方法采用金屬模具或其他不透水的非孔模具，其特點是坯體結(jié)構(gòu)均勻，生坯強(qiáng)度高，便于加工，可實現(xiàn)近凈尺寸成型，廣泛應(yīng)用于特種陶瓷、耐火材料產(chǎn)品的制作，關(guān)于其情況不再詳細(xì)累述。本發(fā)明只對一些改進(jìn)后的情況分別作出詳細(xì)解釋即可。
單體預(yù)混液的制備將丙烯酰胺和分子量為7000-10000的聚丙烯酸鈉溶于水制備單體預(yù)混液，原料易得，獲得的預(yù)混液性能好。配制用料比例分別為丙烯酰胺為微粉料重量的0.3～0.8％，聚丙烯酸鈉為微粉料重量的0.6～1.2％。
其它控制參數(shù)如下選用的引發(fā)劑為過硫酸鉀，用量為微粉料重量的0.3～0.8％；消泡劑為磷酸三丁酯，用量為微粉料重量的0.8～1.5％。無需催化劑，使用消泡劑，不需要抽真空，便于操作，成本低，尤其在工業(yè)化生產(chǎn)中，效果更加顯著。
本發(fā)明中的所用原料可直接購得。
成型固化溫度為40～80℃，固化時間為60～180分鐘。
產(chǎn)品的燒成溫度為1420～1480℃，最高溫度保溫18～22小時。
由于成型采用了有機(jī)物單體，因此，燒成初期的主要任務(wù)是排除有機(jī)物，即500℃以下主要為脫酯工藝，燒成控制為80℃以下 8～12小時； 80～110℃ 16～20小時；110～160℃12～16小時；160～200℃12～16小時；200～260℃8～12小時； 260～300℃8～12小時；300～380℃12～16小時；380～460℃12～16小時；460～500℃12～16小時。
燒成工程的高溫?zé)煞磻?yīng)為。
其它的工藝操作要求，如同耐火材料的常規(guī)燒成工藝，不再累述。
本發(fā)明硅線石產(chǎn)品經(jīng)檢測，其技術(shù)指標(biāo)如下Al2O3含量63～70％，F(xiàn)e2O3＜1％，體積密度為2.4～2.6g/cm3，顯氣孔率為11～18％，荷重軟化溫度為1560℃，熱穩(wěn)定性1100℃-20℃水冷，8次無裂紋。
本發(fā)明硅線石產(chǎn)品體積密度大、顯氣孔率低、熱穩(wěn)定性好、使用壽命長，不需預(yù)熱，直接使用，使用壽命是傳統(tǒng)硅線石產(chǎn)品的1.5-2倍。本發(fā)明產(chǎn)品已制作成玻璃窯爐供料機(jī)的料筒、沖頭、料碗，良好的產(chǎn)品性能在實際應(yīng)用中得到了充分驗證。本發(fā)明制備方法科學(xué)合理、易于實施，有力地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例1本發(fā)明所述的合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品，其晶相重量百分組成為莫來石晶相79％、剛玉8％、高硅氧玻璃相13％。
其配料重量百分組成為α-氧化鋁粉30％、板狀剛玉顆粒10％、二氧化硅粉8％、莫來石骨料40％、莫來石粉12％，外加電熔鎂砂粉0.5％。
各配料有以下要求α-氧化鋁工業(yè)一級品α-氧化鋁；板狀剛玉工業(yè)一級品板狀剛玉；二氧化硅SiO2≥96％；莫來石Al2O3≥48％、Fe2O3≤0.8％、K2O+Na2O≤0.5％、CaO+MgO≤0.8％、Al2O3+SiO2≥98％。
制備方法包括配料、成型、燒成，其配料的顆粒重量級配為微粉料α-氧化鋁粉顆粒粒徑d≤1um的粉料 7％1um＜顆粒粒徑d≤9um的粉料 17％9um＜顆粒粒徑d≤20um的粉料 23％20um＜顆粒粒徑d≤32um的粉料23％32um＜顆粒粒徑d≤44um的粉料16％44um＜顆粒粒徑d≤88um的粉料14％；二氧化硅粉為顆粒粒徑d≤1um的粉料；莫來石粉為顆粒粒徑d≤88um的粉料；電熔鎂砂粉為44um≤顆粒粒徑d≤88um的粉料；骨料板狀剛玉顆粒為0.1mm≤顆粒粒徑d≤0.4mm的粉料；
莫來石骨料0.4mm＜顆粒粒徑d≤0.8mm的顆粒料38％0.8mm＜顆粒粒徑d≤1.2mm的顆粒料38％1.2mm＜顆粒粒徑d≤1.6mm的顆粒料24％；成型方式采用凝膠成型方法(1)制成單體預(yù)混液；(2)加入微粉料球磨制漿再加入骨料、引發(fā)劑、消泡劑攪拌混合均勻制得懸浮體；(3)將懸浮體注入模具中固化成型。
單體預(yù)混液是將丙烯酰胺和分子量為7000-10000的聚丙烯酸鈉溶于水制備，預(yù)混液的配料中丙烯酰胺為微粉料重量的0.5％，聚丙烯酸鈉為微粉料重量的0.9％。使用引發(fā)劑為過硫酸鉀，消泡劑為磷酸三丁酯，用量分別為微粉料重量的0.5％、1％。
用金屬模具成型，成型固化溫度為40～60℃，固化時間為80～90分鐘。成型后的產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)加工修整處理后再燒成。
產(chǎn)品燒成溫度為1430～1470℃，保溫20小時。燒成中，500℃以下為脫酯工藝，燒成控制為80℃以下10小時； 80～110℃ 18小時；110～160℃ 14小時； 160～200℃ 13小時；200～260℃ 10小時； 260～300℃ 10小時；300～380℃ 13小時； 380～460℃ 14小時；460～500℃ 14小時。
實施例2本發(fā)明所述的合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品，其晶相重量百分組成為莫來石晶相80％、剛玉7％、高硅氧玻璃相13％。
其配料重量百分組成為α-氧化鋁粉29％、板狀剛玉顆粒11％、二氧化硅粉9％、莫來石骨料39％、莫來石粉11.6％、外加電熔鎂砂粉0.4％。
配料的顆粒重量級配為微粉料α-氧化鋁粉顆粒粒徑d≤1um的粉料 8％1um＜顆粒粒徑d≤9um的粉料 15％9um＜顆粒粒徑d≤20um的粉料22％
20um＜顆粒粒徑d≤32um的粉料 25％32um＜顆粒粒徑d≤44um的粉料 18％44um＜顆粒粒徑d≤88um的粉料 12％；骨料莫來石骨料0.4mm＜顆粒粒徑d≤0.8mm的顆粒料33％0.8mm＜顆粒粒徑d≤1.2mm的顆粒料42％1.2mm＜顆粒粒徑d≤1.6mm的顆粒料25％；預(yù)混液的配料中丙烯酰胺為微粉料重量的0.6％，分子量為7000-10000的聚丙烯酸鈉為微粉料重量的0.8％。引發(fā)劑為過硫酸鉀，用量為微粉料重量的0.4％；消泡劑為磷酸三丁酯，用量為微粉料重量的1.1％。
固化溫度為50～60℃，固化時間為90～100分鐘。產(chǎn)品的燒成溫度為1440～1470℃，保溫19小時。
500℃以下主要為脫酯工藝，燒成控制為80℃以下 11小時； 80～110℃ 18小時；110～160℃ 14小時； 160～200℃14小時；200～260℃ 10小時； 260～300℃9小時；300～380℃ 12小時； 380～460℃13小時；460～500℃ 13小時。
其它同實施例1。
實施例3本發(fā)明所述的合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品，其晶相重量百分組成為莫來石晶相77％、剛玉9％、高硅氧玻璃相14％。
其它工藝參數(shù)分別為其配料重量百分組成為α-氧化鋁粉30％、板狀剛玉顆粒10％、二氧化硅粉8.4％、莫來石骨料40％、莫來石粉11％、外加電熔鎂砂粉0.7％。
配料的顆粒重量級配為
微粉料α-氧化鋁粉顆粒粒徑d≤1um的粉料 6％1um＜顆粒粒徑d≤9um的粉料20％9um＜顆粒粒徑d≤20um的粉料 17％20um＜顆粒粒徑d≤32um的粉料 22％32um＜顆粒粒徑d≤44um的粉料 16％44um＜顆粒粒徑d≤88um的粉料 19％；骨料莫來石骨料0.4mm＜顆粒粒徑d≤0.8mm的顆粒料43％0.8mm＜顆粒粒徑d≤1.2mm的顆粒料34％1.2mm＜顆粒粒徑d≤1.6mm的顆粒料23％；預(yù)混液的配料中丙烯酰胺為微粉料重量的0.7％，分子量為7000-10000的聚丙烯酸鈉為微粉料重量的1.1％。引發(fā)劑為過硫酸鉀，用量為微粉料重量的0.7％；消泡劑為磷酸三丁酯，用量為微粉料重量的1.3％。
其它同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品，其特征在于其晶相重量百分組成為莫來石晶相76～82％、剛玉5～9％、高硅氧玻璃相10～15％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅線石產(chǎn)品，其特征在于其配料重量百分組成為α-氧化鋁粉28～32％、板狀剛玉顆粒8～12％、二氧化硅粉7～10％、莫來石骨料38～42％、莫來石粉8～14％，外加電熔鎂砂粉0.2～0.8％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅線石產(chǎn)品，其特征在于配料有以下要求α-氧化鋁工業(yè)一級品α-氧化鋁；板狀剛玉工業(yè)一級品板狀剛玉；二氧化硅SiO2≥96％；莫來石Al2O3≥48％、Fe2O3≤0.8％、K2O+Na2O≤0.5％、CaO+MgO≤0.8％、Al2O3+SiO2≥98％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硅線石產(chǎn)品的制備方法，包括配料、成型、燒成，其特征在于配料的顆粒重量級配為微粉料α-氧化鋁粉顆粒粒徑d≤1um的粉料 3～9％1um＜顆粒粒徑d≤9um的粉料 9～26％9um＜顆粒粒徑d≤20um的粉料16～30％20um＜顆粒粒徑d≤32um的粉料 16～30％32um＜顆粒粒徑d≤44um的粉料 9～26％44um＜顆粒粒徑d≤88um的粉料 9～23％；二氧化硅粉為顆粒粒徑d≤1um的粉料；莫來石粉為顆粒粒徑d≤88um的粉料；電熔鎂砂粉為44um≤顆粒粒徑d≤88um的粉料；骨料板狀剛玉顆粒為0.1mm≤顆粒粒徑d≤0.4mm的粉料；莫來石骨料0.4mm＜顆粒粒徑d≤0.8mm的顆粒料25～50％0.8mm＜顆粒粒徑d≤1.2mm的顆粒料25～50％1.2mm＜顆粒粒徑d≤1.6mm的顆粒料12～38％；成型方式采用凝膠成型方法(1)制成單體預(yù)混液；(2)加入微粉料球磨制漿后，再加入骨料、引發(fā)劑、消泡劑攪拌混合均勻制得懸浮體；(3)將懸浮體注入模具中固化成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于將丙烯酰胺和分子量為7000-10000的聚丙烯酸鈉溶于水制備單體預(yù)混液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于預(yù)混液的配料中丙烯酰胺為微粉料重量的0.3～0.8％，分子量為7000-10000的聚丙烯酸鈉為微粉料重量的0.6～1.2％。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的制備方法，其特征在于引發(fā)劑為過硫酸鉀，用量為微粉料重量的0.3～0.8％；消泡劑為磷酸三丁酯，用量為微粉料重量的0.8～1.5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于固化溫度為40～80℃，固化時間為60～180分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于產(chǎn)品的燒成溫度為1420～1480℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于500℃以下主要為脫酯工藝，燒成控制為80℃以下 8～12小時； 80～110℃ 16～20小時；110～160℃12～16小時；160～200℃12～16小時；200～260℃8～12小時； 260～300℃8～12小時；300～380℃12～16小時；380～460℃12～16小時；460～500℃12～16小時。
全文摘要
本發(fā)明合成復(fù)合硅線石產(chǎn)品是以莫來石晶相為主，剛玉相和高硅氧玻璃為次的復(fù)合體；配料重量百分組成為α－氧化鋁粉28～32％、板狀剛玉顆粒8～12％、二氧化硅粉7～10％、莫來石骨料38～42％、莫來石粉8～14％，外加電熔鎂砂粉0.2～0.8％。制備采用凝膠成型方法首先制成單體預(yù)混液，再加入微粉料球磨制漿后，再加入骨料、引發(fā)劑、消泡劑攪拌混合均勻制得懸浮體，最后將懸浮體注入模具中固化成型。硅線石產(chǎn)品體積密度大、顯氣孔率低、熱穩(wěn)定性好、使用壽命長，不需預(yù)熱，直接使用，使用壽命是傳統(tǒng)硅線石產(chǎn)品的1.5－2倍。本發(fā)明制備方法科學(xué)合理、易于實施，有力地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號C04B35/66GK1483702SQ0213548
公開日2004年3月24日 申請日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者殷若博 申請人:殷若博