CN103864432A - 一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料及其制作方法，涉及一种陶瓷材料及其制作方法，氮化铝铬锆质复合陶瓷材料化学组成（W）为：（Al2O3.Cr2O3 ）≥40%；ZrN≥6%；TiN≥8%；ALN≥40%；Fe2O3≤1.68%。首先将原料铬刚玉粉碎，然后进行除铁磁选分筛、混料混料后困25分钟再压制成型，再将制品预氮化、机加工后送入高温窑富氧至1450℃烧制后，停止富氧操作，再通入氨气，通过氮化反应（边氮化边烧结）产生高温至1950-2000℃，反应终止即可。本材料及型材应用在高温耐磨瓷管、玻璃窑炉、重金属熔池、油田热风炉、钢包底吹炉、电力、航空等多种高温状态下，可极大地提高其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温陶瓷材料及其制作方法，特别是涉及一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料及其制作方法。
背景技术
工业陶瓷、电力、航空、重金属冶炼、钢包底吹炉、石油热风炉等这些工艺所采用的高温材料，综合性能较差，抗氧化性能差，耐火度低。都是选材不当直接影响使用寿命，气孔过高，抗热震性能差，耐腐蚀性能差，抗Fe0渣性能差，直接影响企业效益，还极大的浪费了资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料及其制作方法，该材料由(Al2O3Cr2O3)共熔体(合金冶炼废渣)和ZrO2，钛刚玉(TiO2.AL2O3)、稀土元素、氧化铝粉及石墨组成，经工艺赛隆技术提高其耐火度、抗侵蚀性、抗热震性能、抗氧化性能，应用于高温瓷管及砖等型材可抗FeO渣，提高综合性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料，所述氮化铝铬锆质复合陶瓷材料其化学组成(w)为:
Al2O3.Cr2O3≥40%； ZrN≥6%；
TiN≥8% ALN≥40%; F2O3≤1.68%；
(Al2O3.Cr2O3)的共体原料是合金冶炼废渣，ZrO2采用稳定氧化铬，钛刚玉做稳定剂、稀土元素和氧化铝微粉做助烧剂结烧一起而成。
一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料制作方法，所述方法包括以下制作过程：将原料铬刚玉进行粉碎至最大颗粒不超过5毫米粒径，然后进行除铁磁选分筛，将0.5—5毫米粒径送入混料机与氧化锆、钛刚玉(TiO2.AL2O3)、稀土元素、氧化铝粉和石墨；结合剂混料，将小于0.5mm颗粒磨碎至-320目，经磁选除铁后一并与氧化锆、钛刚玉、稀土元素和石墨、结合剂混料后困25分钟再压制成型，再将制品预氮化、机加工后送入高温窑富氧至1450℃烧制后，停止富氧操作，再通入氨气，通过氮化反应，边氮化边烧结，产生高温至1950---2000℃，反应即可，使氧化物共熔体充分地转化为氮化物，使主体材料（Al2O3.Cr2O3)共熔体成为氮化物结合的复合陶瓷材料。
本发明的优点与效果是：
1.本发明(Al2O3.Cr2O3)共熔体采用合金冶炼废渣为主体原料，其特点是热膨胀系数小，成本低，解决废渣污染，节省资源; ZrO2采用稳定氧化锆;钛刚玉(TiO2.AL2O3)用合金冶炼废渣，成本低，解决废渣污染，节省资源。
2.本发明采用先进的赛隆技术生产陶瓷。将（TiO2.AL2O3)共熔体通过钛刚玉做稳定剂、稀土元素和氧化铝微粉做助烧剂，在富氧高温条件下至1450℃烧结在一起，停止富氧操作，再通入氨气，通过氮化反应（边氮化边烧结）产生高温的作用下，使四种氧化物充分地转化为氮化物，使(Al2O3·Cr2O3)共熔体成为氮化物结合的复合陶瓷材料;通过赛隆技术大大地提高了其材料的耐火度、抗热震稳定性能、抗氧化性能。
3.本发明(Al2O3.Cr2O3)共熔体为合金冶炼废渣主体原料，符合国家“资源综合利用”产业政策，解决了废渣利用的问题(+6价Cr ) 。
4.本发明添加的ZrO2原料，最终转换成ZrN高熔点氮化物;氧化铝部分转换成高熔点氮化物ALN，钛刚玉部分转换成高熔点陶瓷材料TiN ,在陶瓷材料中形成一种相对多孔的微观结构，即提高了耐火度，又改善材料的抗热震性能。
5.本发明采用赛隆技术陶瓷生产工艺研发出了氮化铝铬锆质复合陶瓷材料和砖，提高了工业高温陶瓷材料的使用寿命(30—40个月)，解决了耐火材料的核心难题，扩大了陶瓷材料的使用范围，增加了企业效益，减少了每次停产所造成的环境污染，降低了经济损失，同时也降低了停产所造成的能源的浪费。解决了工业废渣污染排放的问题(+6价Cr)，节省了资源，充分地利用空气中的氮气、氧气为燃料，又节省了能源。大大地做到了节能减排的功效。
附图说明
图1为木发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。
本发明氮化铝铬锆质复合陶瓷材料由(Al2O3.Cr2O3 )(合金冶炼废渣)和ZrO2、钛刚玉、稀土元素、氧化铝粉和石墨而组成，制成耐火砖等型材可提高耐火度、抗侵蚀性，抗热震性能、抗氧化性能和抗Fe0渣性能。
其化学组成(w)为:(氧化铝.氧化铬)( Al2O3·Cr2O3) ≥40%;氮化锆ZrN≥6%;氮化钛TiN≥8%;氮化铝ALN≥40%;三氧化二铁Fe2O3≤1.68%；本发明与现有同类材料比，原料显微结构与其不同。
本发明制作方法:(Al2O3·Cr2O3)采用合金冶炼废渣共熔体原料，ZrO2采用稳定氧化锆，钛刚玉(TiO2.AL2O3)(合金冶炼废渣)做抑制剂;稀土元素和氧化铝微粉做助烧剂。
再采用先进的赛隆技术（吸热反应）生产陶瓷，将(Al2O3·Cr2O3)共熔体和通过钛刚玉(TiO2.AL2O3)做稳定剂；稀土元素和氧化铝微粉做助烧剂。混料压制成型，预氮化、机加工，在富氧高温条件下至1450℃烧结在一起,停止富氧操作,再通入氨气，通过氮化反应（边氮化边烧结）产生高温的作用下使用四种氧化物共溶体充分地转换为氮化物,从而使材料的力学性能提高抗热震稳定性也得以体现。
(Al2O3.Cr2O3)共熔体原料,解决了废渣利用的问题。
表1所列三种透气砖分析比较：
表1
可见，原有I型含Cr2O3)刚玉材料，该材料含有SiO2 元素，SiO2的存在，降低了（Al2O3.Cr2O3）共熔体的耐火度，增加了材料的脆性，不利于抗热震性能。
在这种情况下，科学工作者又在此原料中添加了ZrO2、Cr2O3的原料，利用ZrO2来阻碍裂纹的扩展，利用Cr2O3来增加其耐火度。在陶瓷材料中形成一种相对多孔的微观结构，来改善材料的抗热震性。研制出了II型铝铬锆复合材料。
本发明通过实践应用证明，采用赛隆技术陶瓷生产工艺，研发出了氮化铝铬锆质复合陶瓷材料和砖，使产品在工业陶瓷、重金属冶炼、电力、航空制造业、油田热风炉、钢包底吹炉等多种行业得以应用，扩大了应用的空间，极大的提高了材料的使用寿命，增加了企业效益，减少了每次停产所造成的环境污染，降低了经济损失，同时也降低了停产所造成的能源的浪费。
实施例1：
首先，将原料铬刚玉化学分析再进行颚式破碎机破碎，再经圆锥破碎机粉碎至最大颗粒不超过5毫米粒径，然后进行强磁磁选机除铁的磁选，再进行分筛，将颗粒较大的送入对辊破碎机再粉碎。将0.5—5毫米粒径的物料送入混料机与氧化铬、钛刚玉(TiO2.AL2O3)、稀土元素、氧化铝粉和石墨，结合剂混料;将小于0.5mm颗粒磨碎至-320目，经磁选除铁后一并与氧化锆、钛刚玉、稀土元素和石墨、结合剂混料后困25分钟在进行化学分析;其中氧化锆40公斤、钛刚玉50公斤、稀土元素10公斤、氧化铝粉200公斤、石墨150公斤、结合剂40公斤(结合剂为85%浓度磷酸液体不属于物料含量);0.5—5mm粒径铬刚玉450公斤;-320目粒径铬刚玉200公斤。将上述原料充分搅拌后送入液压机成型，再将制品预氮化、机加工后送入高温窑富氧至1450℃烧制后，停止富氧操作，再通入氨气高温，通过氮化反应（边氮化边烧结）产生高温至1950---2000℃，反应终止即可。
Claims (2)
1.一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料，其特征在于，所述氮化铝铬锆质复合陶瓷材料其化学组成(w)为:
Al2O3.Cr2O3≥40%； ZrN≥6%；
TiN≥8% ALN≥40%; F2O3≤1.68%；
(Al2O3.Cr2O3)的共体原料是合金冶炼废渣，ZrO2采用稳定氧化铬，钛刚玉做稳定剂、稀土元素和氧化铝微粉做助烧剂结烧一起而成。
2.一种氮化铝铬锆质复合陶瓷材料制作方法，其特征在于，所述方法包括以下制作过程：将原料铬刚玉进行粉碎至最大颗粒不超过5毫米粒径，然后进行除铁磁选分筛，将0.5—5毫米粒径送入混料机与氧化锆、钛刚玉(TiO2.AL2O3)、稀土元素、氧化铝粉和石墨；结合剂混料，将小于0.5mm颗粒磨碎至-320目，经磁选除铁后一并与氧化锆、钛刚玉、稀土元素和石墨、结合剂混料后困25分钟再压制成型，再将制品预氮化、机加工后送入高温窑富氧至1450℃烧制后，停止富氧操作，再通入氨气，通过氮化反应，边氮化边烧结，产生高温至1950---2000℃，反应即可，使氧化物共熔体充分地转化为氮化物，使主体材料（Al2O3.Cr2O3)共熔体成为氮化物结合的复合陶瓷材料。
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