一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。其技術(shù)方案是：以50~80wt%的廢棄型砂、15~40wt%的礬土和5~10wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在1450~1600℃條件下燒成，保溫3~5小時(shí)，自然冷卻，即得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。所述廢棄型砂的Al2O3含量≥35wt%，ZrO2含量≥5.0wt%，F(xiàn)e2O3含量≤1.5wt%；廢棄型砂的粒徑≤0.15mm。所述礬土的Al2O3含量≥75wt%，TiO2含量≤4.5wt%；礬土的粒徑≤0.089mm。黏土在1000℃下的燒失≥10wt%；黏土的Al2O3含量≤35wt%。本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、污染小和節(jié)約資源的特點(diǎn)；所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性，使用范圍廣。 <u/>
【專利說明】一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前精密鑄造企業(yè)總數(shù)達(dá)1300多家，年生產(chǎn)能力50多萬噸，是僅次于日本的亞洲第二大精密鑄造基地，每年將產(chǎn)生精密鑄造廢砂約65?75萬噸。然而，目前鑄造廢砂綜合利用研究和產(chǎn)業(yè)化工作多集中在水玻璃廢砂方面，而對精密鑄造廢砂的綜合利用研究及產(chǎn)業(yè)化工作相對較少。
[0003]在Al2O3-S12系材料的低鋁區(qū)域，存在于耐火材料中的主要相成分為莫來石、方石英及玻璃相，由于方石英的存在，是這類制品(如黏土磚)的抗熱震性差。如果將方石英熔入玻璃相中，不僅可以消除方石英的相轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的抗熱震性差，而且可以獲得S12含量高的玻璃相。這種高硅氧玻璃的熱膨脹系數(shù)較低，在高溫下轉(zhuǎn)化為高S12含量的液相其黏度大。因此，含有高硅氧玻璃的耐火材料具有較高的荷重軟化溫度。而ZrOdt為一種酸性耐火材料，在氧化氣氛下使用十分穩(wěn)定，在不同的加熱條件下，單斜晶相穩(wěn)定在1170°C以下，四方晶相穩(wěn)定在117(T2370°C之間，立方晶相穩(wěn)定在237(T2680°C (熔點(diǎn))之間，利用ZrO2的相變增韌可以在較大幅度地提高材料的高溫力學(xué)性能。
[0004]“一種基于廢棄型砂的莫來石輕質(zhì)隔熱磚及其制備方法”(ZL201210105340.1)專利技術(shù)以精密鑄造廢棄型砂為主要原料制備莫來石輕質(zhì)隔熱磚，但輕質(zhì)隔熱磚的應(yīng)用范圍有限，從而影響了廢棄型砂的回收利用率?！坝盟{(lán)晶石微粉制備莫來石-高硅氧玻璃材料的方法”(CN1184789A)專利技術(shù)以及“用紅柱石微粉制備莫來石-高硅氧玻璃材料的方法”(CN1184788A)專利技術(shù)分別以微米級的藍(lán)晶石精礦粉和微米級的紅柱石精礦粉為原料制備莫來石-高硅氧玻璃材料，這兩個(gè)專利技術(shù)的主要缺陷在于，原料價(jià)格高，不利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！耙环N莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法”(CN101423408A)專利技術(shù)以廢棄物電熔剛玉除塵粉為主要原料制備莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料，其主要缺陷在于原料中K2O含量過高，嚴(yán)重降低了液相形成的溫度，影響制品的高溫性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，目的是提供一種生產(chǎn)成本低、能減少污染和節(jié)約資源的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的制備方法；所制得的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性，使用范圍廣。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:先以5(T80wt%的廢棄型砂、15?40wt%的礬土和5?10wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在145(Tl600°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0007]所述帆土的Al2O3 含量> 75wt%, T12 含量< 4.5wt% ;帆土的粒徑< 0.089mm。
[0008]所述黏土的Al2O3含量彡35wt% ;黏土在1000°C下的燒失彡10wt%。
[0009]所述廢棄型砂的Al2O3含量彡35wt%, ZrO2含量彡5.0wt%, Fe2O3含量彡1.5wt% ;廢棄型砂的粒徑< 0.15mm。
[0010]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明以廢棄型砂作為主要原料，實(shí)現(xiàn)了廢棄型砂的回收利用，不僅節(jié)約資源、降低生產(chǎn)成本，且減少了固體廢棄物的污染；本發(fā)明原料中的雜質(zhì)既能起到降低鋯英石分解溫度和促進(jìn)多余的S12熔入玻璃相中的作用，也能避免制品在降溫的過程中ZrO2與S12重新結(jié)合生成鋯英石。本發(fā)明利用原位生成的ZrO2的相變增韌作用提高了材料的高溫力學(xué)性能，提高了制品的使用效果。所制得的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料不含方石英和剛玉，具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性；制得的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料適用于熔模鑄造型殼材料以及耐火材料等領(lǐng)域。
[0011]本發(fā)明所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石，所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)檢測:體積密度為1.8Γ2.42g/cm3，顯氣孔率為 16?23%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.10X10^4.07X10-6/°C。
[0012]因此，本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、能減少污染和節(jié)約資源的特點(diǎn)；所制得的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性，使用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明制備的一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的X射線衍射圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0015]實(shí)施例1
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以5(T55wt%的廢棄型砂、37?40wt%的礬土和8?10wt%的黏土為原料，混合均勻，成型，然后在145(Tl500°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0016]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為1.8Γ1.92g/cm3，顯氣孔率為2廣23%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.30X10^3.71 X 10_7°Co
[0017]實(shí)施例2
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以55飛0wt%的廢棄型砂、34?37wt%的礬土和6?8wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在150(Tl55(TC條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0018]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為2.2^2.32g/cm3，顯氣孔率為18?20%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.10Χ1(Γ6?3.51X 10_7°Co
[0019]實(shí)施例3
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以6(T65wt%的廢棄型砂、28^3lwt%的礬土和7?9wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在150(Tl55(TC條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0020]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為1.93?2.llg/cm3，顯氣孔率為19?21%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.30X10^3.68X 10_7°Co
[0021]實(shí)施例4
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以65?70wt%的廢棄型砂、25?28wt%的礬土和5?7wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在155(Tl600°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0022]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為2.15^2.22g/cm3，顯氣孔率為18?20%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.29X10^3.61 X 10_7°Co
[0023]實(shí)施例5
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以7(T75wt%的廢棄型砂、2(T23wt%的礬土和5?7wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在155(Tl600°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0024]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為2.19^2.31g/cm3，顯氣孔率為18?20%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.70X10^4.07Xl(r7°C。
[0025]實(shí)施例6
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以75、0wt%的廢棄型砂、15?19wt%的礬土和5?7wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在155(Tl600°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0026]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為2.25^2.33g/cm3，顯氣孔率為19?21%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.29X10^3.89X 10_7°Co
[0027]實(shí)施例7
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以7(T75wt%的廢棄型砂、18^21wt%的礬土和7?9wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在145(Tl500°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0028]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為1.9^2.08g/cm3，顯氣孔率為20?22%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.12X10^3.67X 10_7°Co
[0029]實(shí)施例8
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以65?70wt%的廢棄型砂、22?25wt%的礬土和8?10wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在145(Tl500°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0030]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:材料的體積密度為1.86^2.09g/cm3,顯氣孔率為21 ?23%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.15X10^3.76X1(T6/°C。
[0031]實(shí)施例9 一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以6(T65wt%的廢棄型砂、31?34wt%的帆土和4飛wt%的黏土為原料,混合均勻，成型；然后在155(Tl600°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0032]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:材料的體積密度為2.3Γ2.42g/cm3,顯氣孔率為16?18%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.56X10^4.02Xl(r7°C。
[0033]實(shí)施例10
一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料及其制備方法。先以55飛0wt%的廢棄型砂、32?35wt%的礬土和8?10wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在145(Tl500°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
[0034]本實(shí)施例所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料經(jīng)X射線衍射分析，主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。經(jīng)檢測:體積密度為1.9^2.0lg/cm3，顯氣孔率為2廣23%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.87X10^4.07X1(T6/°C。
[0035]本【具體實(shí)施方式】以廢棄型砂作為主要原料，實(shí)現(xiàn)了廢棄型砂的回收利用，不僅節(jié)約資源、降低生產(chǎn)成本，且減少了固體廢棄物的污染；原料中的雜質(zhì)既能起到降低鋯英石分解溫度和促進(jìn)多余的S12熔入玻璃相中的作用，也能避免制品在降溫的過程中ZrO2與S12重新結(jié)合生成鋯英石。本【具體實(shí)施方式】利用原位生成的ZrO2的相變增韌作用提高了材料的高溫力學(xué)性能，提高了制品的使用效果。所制得的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料不含方石英和剛玉，具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性，適用于熔模鑄造型殼材料以及耐火材料等領(lǐng)域。
[0036]圖1為本實(shí)施例制備的一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的X射線衍射圖譜，本【具體實(shí)施方式】所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料如圖1所示，從圖1可以看出:所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的主要物相為莫來石、玻璃相和斜鋯石。所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料材料經(jīng)檢測:體積密度為1.8Γ2.42g/cm3，顯氣孔率為 16?23%，熱膨脹系數(shù)(RT?1000°C)為 3.10Χ1(Γ6?4.07Χ1(Γ6/。。。
[0037]因此，本【具體實(shí)施方式】具有生產(chǎn)成本低、能減少污染和節(jié)約資源的特點(diǎn)；所制得的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性，使用范圍廣。
【權(quán)利要求】
1.一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的制備方法，其特征在于先以5(T80wt%的廢棄型砂、15?40wt%的礬土和5?10wt%的黏土為原料，混合均勻，成型；然后在145(Tl600°C條件下燒成，保溫3飛小時(shí)，自然冷卻，制得含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料； 所述廢棄型砂的Al2O3含量彡35wt%, ZrO2含量彡5.0wt%, Fe2O3含量彡1.5wt% ;廢棄型砂的粒徑< 0.15mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的制備方法，其特征在于所述帆土的 Al2O3 含量> 75wt%, T12 含量< 4.5wt% ;帆土的粒徑< 0.089 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的制備方法，其特征在于所示黏土的Al2O3含量彡35wt %;黏土在1000°C下的燒失彡10wt%。
4.一種含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料，其特征在于所述含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料是根據(jù)權(quán)利要求3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料的制備方法所制備的含鋯莫來石-高硅氧玻璃復(fù)相材料。
【文檔編號】C04B35/66GK104261849SQ201410523197
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】徐澤躍, 向若飛, 張留生, 倫文山, 李遠(yuǎn)兵, 李淑靜, 王躍超 申請人:江蘇省陶瓷研究所有限公司, 武漢科技大學(xué)