氧化锆质空心球的制备方法

摘要

本发明涉及耐火材料制备技术，公开一种氧化锆质空心球的制备方法：将固体陶瓷粉料与溶剂以一定比例混合制成均匀稳定的陶瓷浆料；以聚苯乙烯小球为模板，将若干个聚苯乙烯小球充分浸渍在陶瓷浆料中；将混有聚苯乙烯小球的陶瓷浆料通过筛网，滤出多余的浆料，通过反复使其表面充分被陶瓷浆料覆盖，然后对具有一定厚度陶瓷浆料的聚苯乙烯小球进行干燥后进行排塑、高温烧结，在高温烧结的过程中，聚苯乙烯小球经高温燃烧充分挥发后留下空心结构从而得到氧化锆质陶瓷空心球。本发明解决了现有技术中空心球容易发生破损的问题，并可根据所需空心球的尺寸选择聚苯乙烯小球的尺寸，具有工艺简单，易于工业化推广的特点。

权利要求

1.一种氧化锆质空心球的制备方法，其特征在于：将固体陶瓷粉料与溶剂以一定比例混合制成均匀稳定的陶瓷浆料；单斜氧化锆粉为主要原料，粒度不大于300目，采用氧化镁粉为稳定剂；所述固体陶瓷粉料的组份及重量百分比为：单斜氧化锆粉80~99.5 wt%，氧化镁粉0.5~20 wt%；所述溶剂组成为：水，增稠剂，流变助剂，粘结剂，分散剂；将固体陶瓷粉料与溶剂按重量比例50~85 wt%：15~50 wt%进行混合，加入行星式球磨机中球磨直至粉体均匀分散，得到流动性好，分散均一的浆料；球磨后的浆料通过真空脱气直至气泡排除，制成均匀稳定的陶瓷浆料；以聚苯乙烯小球为模板，将若干个聚苯乙烯小球充分浸渍在陶瓷浆料中；将混有聚苯乙烯小球的陶瓷浆料通过筛网，滤出多余的浆料，通过反复将聚苯乙烯小球浸渍在陶瓷浆料中，直至聚苯乙烯小球表面具有一定厚度均匀的浆料，对沾满陶瓷浆料的聚苯乙烯小球进行干燥，最后对干燥后的聚苯乙烯小球进行排塑、烧成；排塑时的温度为200~600℃，时间不低于2h；排塑完成后，将高温烧成炉的炉温升至1650~1750℃进行烧结制得氧化锆质空心球，烧结时间为5~10h；在高温烧结的过程中，聚苯乙烯材质的球核经高温烧失留下空心结构从而得到氧化锆质陶瓷空心球。

2.根据权利要求1所述的一种氧化锆质空心球的制备方法，其特征在于：溶剂中的流变助剂和增稠剂是羧甲基纤维素钠，羟丙基纤维素钠，聚乙二醇，丙三醇中的一种或几种，分别用以改善陶瓷浆料的触变性、提高粘度。

3.根据权利要求1所述的一种氧化锆质空心球的制备方法，其特征在于：溶剂中的粘结剂是聚乙烯醇PVA，羧甲基纤维素钠，硅溶胶，铝溶胶，糊精，纸浆废液中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种氧化锆质空心球的制备方法，其特征在于：溶剂中的分散剂是聚丙烯酸钠，聚乙二醇2000，聚乙烯亚胺，亚甲基丙烯酸胺，聚甲基丙烯酸甲脂中的一种或几种。

说明书

氧化锆质空心球的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耐火材料的制备方法，尤其涉及一种氧化锆质空心球的制备方法。

背景技术

[0002] 陶瓷空心球主要应用与窑炉内衬隔热材料，轻质保温材料领域，目前已开发出氧化铝质、氧化锆质、莫来石质的空心球，并得到了广泛的应用。 氧化锆空心球及其制品，具有体积密度小，热容小，导热率低等特点，作为窑炉内衬材料能够大幅度提高窑炉使用效率，缩短生产周期。氧化锆空心球制品长期使用温度可达2200℃ ，具有耐腐蚀，热震稳定性好等特点。目前耐火材料用空心球常用制备方法为，将原料置于特殊涉及制造的直流或三相交流电弧矿热炉中，经高温熔炼后进行倾炉喷吹，利用熔体在空气中受冷在表面张力的作用下收缩而得到空心球；如专利《一种高强度氧化铝空心球的制备方法》（公布号CN101792317A）介绍了一种通过电弧加热喷吹方式制备氧化铝空心球的方法，专利《刚玉空心球的制备方法》（公开号CN 1789197A）通过引入调整熔体粘度的添加剂，利用电弧炉熔炼，高压空气喷吹法制备出高强度刚玉质空心球，专利《新型耐火隔热空心球及其制备方法》（专利号96116116.7）提供了一种新型空心球制备方法。

[0003] 然而在采用直流或三相交流矿热炉电熔喷吹法制备陶瓷空心球时，如果熔体粘度控制不当，则制备出的空心球球壁较薄，强度低，在成型过程以及震动浇注过程中空心球容易发生破损，进而影响到制品的使用性能。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提出一种氧化锆质空心球的制备方法，使其能解决上述技术问题，并具有工艺简单，易于工业化推广的特点。主要采用消失模的方法制备空心球的空心结构。

[0005] 本发明为完成上述发明任务采用如下技术方案：

[0006] 一种氧化锆质空心球的制备方法，将固体陶瓷粉料与溶剂以一定比例混合制成均匀稳定的陶瓷浆料；以聚苯乙烯小球为模板；聚苯乙烯作为高分子材料具有热胀不可逆的特性，通过预热处理释放其活性，可以在烧成过程中不再发生膨胀而避免造成坯体开裂；将若干个聚苯乙烯小球充分浸渍在陶瓷浆料中；将混有聚苯乙烯小球的陶瓷浆料通过筛网，滤出多余的浆料，通过反复将聚苯乙烯小球浸渍在陶瓷浆料中，直至使表面具有一定厚度均匀浆料的聚苯乙烯小球达到所需尺寸，对沾满陶瓷浆料的聚苯乙烯小球进行干燥，最后对干燥后的聚苯乙烯小球进行排塑、高温烧结，在高温烧结的过程中，聚苯乙烯小球经高温排塑挥发留下空心结构从而得到氧化锆质陶瓷空心球。

[0007] 一种氧化锆质空心球的制备方法，所述的单斜氧化锆粉为主要原料，粒度不大于300目，所述的氧化镁粉为稳定剂。

[0008] 所述固体陶瓷粉料的组份及重量百分比为：单斜氧化锆粉80~99.5 wt%，氧化镁粉0.5~20 wt%；

[0009] 一种氧化锆质空心球的制备方法，将固体陶瓷粉料与溶剂以50~85 wt%： 15~50 wt%重量比例进行混合，加入行星式球磨机中球磨2~10h，球磨后的浆料通过真空脱气直至气泡排除，制成均匀稳定的陶瓷浆料。

[0010] 一种氧化锆质空心球的制备方法，排塑时的温度为200~600℃，时间不低于2h；排塑完成后，将高温烧成炉的炉温升至1650~1750℃进行烧结制得薄壁陶瓷坩埚，烧结时间为5~10h。

[0011] 一种氧化锆质空心球的制备方法，所述溶剂组成为：水，增稠剂，流变助剂，粘结剂，分散剂。

[0012] 一种氧化锆质空心球的制备方法，溶剂中的流变助剂和增稠剂可以是羧甲基纤维素钠，羟丙级纤维素钠，聚乙二醇，丙三醇中的一种或几种，分别用以改善陶瓷浆料的触变性和提高粘度。

[0013] 一种氧化锆质空心球的制备方法，溶剂中的粘结剂可以是聚乙烯醇PVA，羧甲基纤维素钠CMC，硅溶胶，铝溶胶，糊精，纸浆废液中的一种或几种。

[0014] 一种氧化锆质空心球的制备方法，其特征在于：溶剂中的分散剂可以是聚丙烯酸钠，聚乙二醇2000，聚乙烯亚胺（PEI），亚甲基丙烯酸胺，聚甲基丙烯酸甲脂中的一种或几种。

[0015] 所述溶剂的组份及重量百分比为：流变助剂和增稠剂比例范围是1:2~1:7.5，整体加入量为0.03~0.2 wt%，粘结剂 0.9~2.0 wt%，分散剂0.07~0.3 wt%，水97.5~99.0 wt%。

[0016] 陶瓷空心球主要应用与窑炉内衬隔热材料，轻质保温材料领域，目前已开发出氧化铝质、氧化锆质、莫来石质的空心球，并得到了广泛的应用。 氧化锆空心球及其制品，具有体积密度小，热容小，导热率低等特点，作为窑炉内衬材料能够大幅度提高窑炉使用效率，缩短生产周期。氧化锆质组分选择及组配、制备方法等为企业普遍采用的公知技术；本发明仅涉及提出一种氧化锆质空心球的制备方法。

[0017] 本发明提出的一种氧化锆质空心球的制备方法，解决了现有技术中空心球容易发生破损的问题，并可根据所需空心球的尺寸选择聚苯乙烯小球的尺寸，具有工艺简单，易于工业化推广的特点。

具体实施方式

[0018] 实施例1

[0019] 将固体陶瓷粉料按质量百分比：单斜氧化锆粉（350目）90 wt%，氧化镁微粉10wt%，比例充分混合，制成均匀的陶瓷粉料。

[0020] 将陶瓷粉料、分散剂、粘结剂PVA（6wt%浓度）、CMC、水，按82wt%，0.06wt%，2.0 wt%，0.015%，15.925wt% 的比例进行混合，加入到行星球磨机中，球磨4h制得均一稳定的陶瓷浆料。

[0021] 采用高速搅拌机，将聚苯乙烯小球与陶瓷浆料充分混合均匀，混有聚苯乙烯小球的浆料通过筛网，滤出多余的浆料，多次反复，直至使表面具有一定厚度均匀浆料的聚苯乙烯小球达到所需尺寸，对聚苯乙烯小球进行喷吹干燥处理。将干燥好的素坯送入高温烧成炉内进行烧结，以60℃/h的升温速率升温至600℃，保温2h，然后迅速升温至1700℃，在该温度下保温5h，自然冷却至室温，即可获得氧化锆质陶瓷空心球。

[0022] 实施例2

[0023] 将固体陶瓷粉料按质量百分比：单斜氧化锆粉（500目）88 wt%，氧化镁微粉12wt%，比例充分混合，制成均匀的陶瓷粉料。

[0024] 将陶瓷粉料、分散剂、粘结剂PVA（6wt%浓度）、CMC、水，按80wt%，0.09wt%，0.5 wt%，0.1wt%，19.31wt% 的比例进行混合，加入到行星球磨机中，球磨6h制得均一稳定的陶瓷浆料。

[0025] 采用高速搅拌机，将聚苯乙烯小球与陶瓷浆料充分混合均匀，混有聚苯乙烯小球的浆料通过筛网，滤出多余的浆料，多次反复，直至使表面具有一定厚度均匀浆料的聚苯乙烯小球达到所需尺寸，对聚苯乙烯小球进行喷吹干燥处理。将干燥好的素坯送入高温烧成炉内进行烧结，以60℃/h的升温速率升温至600℃，保温4h，然后迅速升温至1700℃，在该温度下保温10h，自然冷却至室温，即可获得氧化锆质陶瓷空心球。

[0026] 实施例3

[0027] 将固体陶瓷粉料按质量百分比：单斜氧化锆粉（350目）95 wt%，氧化镁微粉5 wt%，比例充分混合，制成均匀的陶瓷粉料。

[0028] 将陶瓷粉料、分散剂、粘结剂PVA（6wt%浓度）、CMC、水，按85wt%，0.25 wt%，0.15wt%， 0.2 wt%，14.4wt% 的比例进行混合，加入到行星球磨机中，球磨4h制得均一稳定的陶瓷浆料。

[0029] 采用高速搅拌机，将聚苯乙烯小球与陶瓷浆料充分混合均匀，混有聚苯乙烯小球的浆料通过筛网，滤出多余的浆料，多次反复，直至使表面具有一定厚度均匀浆料的聚苯乙烯小球达到所需尺寸，对聚苯乙烯小球进行喷吹干燥处理。将干燥好的素坯送入高温烧成炉内进行烧结，以40℃/h的升温速率升温至600℃，保温3h，然后迅速升温至1680℃，在该温度下保温7h，自然冷却至室温，即可获得氧化锆质陶瓷空心球。

[0030] 实施例4

[0031] 将固体陶瓷粉料按质量百分比：单斜氧化锆粉（350目）92 wt%，氧化镁微粉8 wt%，比例充分混合，制成均匀的陶瓷粉料。

[0032] 将陶瓷粉料、分散剂、粘结剂PVA（6wt%浓度）、CMC、水，按87wt%，0.10 wt%，0.8 wt%，0.03wt%，12.07wt% 的比例进行混合，加入到行星球磨机中，球磨7h制得均一稳定的陶瓷浆料。

[0033] 采用高速搅拌机，将聚苯乙烯小球与陶瓷浆料充分混合均匀，混有聚苯乙烯小球的浆料通过筛网，滤出多余的浆料，多次反复，直至使表面具有一定厚度均匀浆料的聚苯乙烯小球达到所需尺寸，对聚苯乙烯小球进行喷吹干燥处理。将干燥好的素坯送入高温烧成炉内进行烧结，以80℃/h的升温速率升温至600℃，保温6h，然后迅速升温至1750℃，在该温度下保温8h，自然冷却至室温，即可获得氧化锆质陶瓷空心球。

[0034] 实施例5

[0035] 将固体陶瓷粉料按质量百分比：单斜氧化锆粉（350目）95 wt%，氧化镁微粉5wt%，比例充分混合，制成均匀的陶瓷粉料。

[0036] 将陶瓷粉料、分散剂、粘结剂PVA（6wt%浓度）、CMC、水，按85wt%，0.25 wt%，0.6 wt%，0.12wt%，14.03wt% 的比例进行混合，加入到行星球磨机中，球磨4h制得均一稳定的