本發(fā)明涉及耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)意義上，耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料，它是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料，是用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)高溫容器和部件的材料，并且能夠承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機械作用。
大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云石）為原料制造的，采用某些工業(yè)原料和人工合成原料（如工業(yè)氧化鋁、碳化硅、合成莫來石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的種類很多。耐火材料按照礦物組成可以分為氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、橄欖石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、含碳質(zhì)、含鋯質(zhì)耐火材料及特殊耐火材料；按照制造方法可以分為天然礦石和人造制品；按其方式可分為塊狀制品和不定形耐火材料；按照熱處理方式可分為不燒制品、燒成制品和熔鑄制品；按照耐火度可分為普通、高級和特級耐火制品；按照化學(xué)性質(zhì)可分為酸性、中性及堿性耐火材料；按照其密度可分為輕質(zhì)及重質(zhì)耐火材料；按照其制品的形狀和尺寸可分為標(biāo)準(zhǔn)磚、異形磚、特異形磚、管和耐火器皿；還可以按其應(yīng)用分為高爐用、水泥窯用、玻璃窯用、陶瓷窯用耐火材料等。
無機非金屬材料的機械韌性較差是無機非金屬和材料中普遍存在的一個問題，作為同屬無機非金屬材料的耐火材料，其機械韌性也較差，雖然在使用過程中耐火材料幾乎不需要進行移動，但是其較差的機械韌性也影響到了其高溫時候的抗熱震性能，在急冷急熱和使用的間隙由于較大的溫差耐火材料極易在熱脹冷縮作用下發(fā)生開裂、剝落等影響耐火材料完整性的情況，降低了耐火材料的使用壽命；同時對于那些需要經(jīng)常進行移動的耐火材料制品，其較差的機械韌性則會大大增加耐火制品的損壞率，影響其日常使用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種對耐火材料粉體進行增韌改性并能獲得具有高韌性性能的耐火材料粉體的耐火材料粉體制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法，包括以下步驟：
a）備料：按以下重量份準(zhǔn)備原料：氧化鋁120份，氧化鎂35～45份，增韌劑2～5份，粘結(jié)劑1～3份；
b）原料粉碎：將氧化鋁和氧化鎂分別粉碎至3000～4000目；
c）初步造粒：將氧化鋁和氧化鎂混合均勻，然后向其中噴入氧化鋁和氧化鎂總重量2～5wt%的水，噴水的同時不斷振動造粒；
d）再次造粒：將粘結(jié)劑添加到初步造粒后的粉料中，并球磨干混20～30分鐘；
e）增韌改性：將增韌劑添加到步驟d處理后的粉料中，并球磨干混10～20分鐘，干燥后制得用于制備高韌性耐火材料的粉體。
在耐火材料體系中，鎂鋁尖晶石系耐火材料是一種重要的耐火材料。當(dāng)氧化鎂和氧化鋁原料粉體中氧化鋁的摩爾百分比為50%左右時，經(jīng)高溫處理后會生成穩(wěn)定的并具有極好耐高溫性能的鎂鋁尖晶石物相，同時氧化鋁含量越高，鎂鋁尖晶石相更穩(wěn)定；由于氧化鋁，特別是高純氧化鋁的成本是氧化鎂的兩倍甚至更多，因此在保證能夠生成穩(wěn)定鎂鋁尖晶石相的前提下盡量減少氧化鋁的添加量；本發(fā)明中氧化鋁的摩爾百分比在51.4～57.6%范圍內(nèi)，經(jīng)后續(xù)高溫處理后能夠生成足量并穩(wěn)定存在的鎂鋁尖晶石相，并能盡量降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明制得的用于制備高韌性耐火材料的粉體按需求成型后可以直接用于燒結(jié)，無需再進行其他的處理。本發(fā)明中采用二次造粒的方法，第一次造粒是針對原料氧化鋁和氧化鎂的造粒，采用噴水的造粒方式，目的是為了讓氧化鋁和氧化鎂混合均勻并能形成一定粒徑的大顆粒，造粒后形成的大顆粒的粒徑在0.01毫米的數(shù)量級，這樣利于后續(xù)的工藝，同時也利于后續(xù)步驟中增韌劑能夠更好的分布在氧化鎂氧化鋁粉體的縫隙中；第二次造粒采用先第一次造粒得到的粉料中添加粘結(jié)劑的方式進行造粒，將原先粒徑為0.01毫米級別的顆粒造粒形成粒徑為0.1毫米數(shù)量的粉料顆粒，并在粉料均勻包裹上粘結(jié)劑為下一步增韌劑能夠穩(wěn)定的附著在顆粒的表面；本發(fā)明中，先二次造粒再向其中添加增韌劑而不是一開始就加入增韌劑的目的是使增韌劑在粉體中形成小范圍的集中分布；由于增韌劑的添加量很少，如果增韌劑在粉體中均勻分布的，燒制而得的耐火材料中產(chǎn)生裂縫后，增韌劑較少則難以阻止裂縫的延伸，按本發(fā)明中的方法，讓增韌劑在小范圍中相對的集中，當(dāng)裂縫蔓延到是可以有足夠的能力阻止裂縫的蔓延，保證耐火材料的斷裂韌性。
作為優(yōu)選，增韌劑由五氧化二鈮和五氧化二鉭按6：2～3的重量比組成。
鈮元素和鉭元素是元素周期表第vb族的元素，在元素周期表中這兩個元素上下緊挨，具有相類的性質(zhì)，同樣其氧化物，五氧化二鈮和五氧化二鉭也具有相類的物理及化學(xué)性質(zhì)；針對于本發(fā)明，五氧化二鉭和五氧化二鈮具有三個重要的特性，1.具有一定的耐高溫性能，添加到耐火材料中雖然是作為一種功能添加劑，即作為增韌劑添加，但是不會對耐火材料的耐火度產(chǎn)生較大的影響；2.這兩種氧化物具有較穩(wěn)定的性質(zhì)，或者說在本發(fā)明的體系中較穩(wěn)定，不會與氧化鎂或者氧化鋁等產(chǎn)生反應(yīng)，也不會發(fā)生固溶，能夠獨立的存在并起到增韌作用；3.該兩種氧化物顆粒都具有良好的機械力學(xué)性能，也即具有較好的拉伸性能，其添加后不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)的顆粒增韌的效果，還能使這種效果發(fā)揮到最佳，能夠更好的抑制材料內(nèi)裂紋的擴散。但是這兩種氧化物也存在一定的問題，即五氧化二鉭雖然具有好的耐高溫性能，但是其拉伸性能較差，而五氧化二鉭雖然耐高溫性能略差，但是拉伸性能還不錯，因此需要將兩者按一定不利混合后進行添加，而五氧化二鈮占多數(shù)的配合方法對耐火材料的增韌效果更佳。
作為優(yōu)選，粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液。
聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液是指聚偏氟乙烯溶于n-甲基吡咯烷酮中獲得的溶液。
本發(fā)明中的粘結(jié)劑用于將由五氧化二鈮和五氧化二鉭組成的增韌劑均勻的粘結(jié)到經(jīng)造粒后的氧化鎂和氧化鋁粉體上?，F(xiàn)有技術(shù)中，粘結(jié)劑一般采用聚乙烯醇（pva）水溶液，但是聚乙烯醇是一種不耐高溫的有機高分子化合物，其熔點較低，分解溫度也較低，作為粘結(jié)劑添加到粉體中，在燒結(jié)階段需要在較低的溫度下進行排膠處理，在較低的溫度下排膠，容易造成粘結(jié)劑分解后的產(chǎn)物在粉料中的滯留時間過程，甚至對粉體產(chǎn)生較長時間持續(xù)的沖擊，造成制得的耐火材料力學(xué)性能的下降；聚偏氟乙烯是一種具有耐高溫特性的有機高分子化合物，相較于聚乙烯醇，其具有相對更高的熔點，相對更高的分解溫度，因此粉料排膠的溫度也可以相應(yīng)的升高，排膠溫度升高后，分解產(chǎn)物也能更快地從粉體中排出，減少滯留粉體的時間，減少對制得耐火材料力學(xué)性能的影響。
作為優(yōu)選，步驟c中，噴水的過程在10～12分鐘均勻完成。
噴水造粒工藝中，噴水的目的是為了讓粉料表面受潮，然后具有一定的粘結(jié)性能，因此噴水的速度要慢，要均勻。
因此，本發(fā)明具有以下有益效果：
（1）本發(fā)明制備方法中的原料配比合理，既能實現(xiàn)具有較高的耐火性能，同時也能適當(dāng)?shù)慕档统杀荆?/p>
（2）本發(fā)明中采用的增韌劑具有良好的增韌效果，可以賦予耐火材料粉體高韌性的特點；
（3）本發(fā)明中采用二次造粒的方法對粉料進行處理，可以使得增韌劑的分布呈現(xiàn)小范圍的相對集中，能更好的阻斷有粉體制得的耐火材料中裂縫的蔓延，從而賦予用于制備耐火材料的粉體制得制備而得的耐火材料具有較高的斷裂韌性，具有更好的抗機械沖擊的性能。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1
一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
a）備料：按以下重量份準(zhǔn)備原料：氧化鋁120份，氧化鎂35份，增韌劑2份，粘結(jié)劑1份；增韌劑由五氧化二鈮和五氧化二鉭按6：2的重量比組成；粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液；
b）原料粉碎：將氧化鋁和氧化鎂分別粉碎至3000目；
c）初步造粒：將氧化鋁和氧化鎂混合均勻，然后向其中噴入氧化鋁和氧化鎂總重量2wt%的水，噴水的同時不斷振動造粒；噴水的過程在10分鐘均勻完成；
d）再次造粒：將粘結(jié)劑添加到初步造粒后的粉料中，并球磨干混20分鐘；
e）增韌改性：將增韌劑添加到步驟d處理后的粉料中，并球磨干混10分鐘，干燥后制得用于制備高韌性耐火材料的粉體。
實施例2
一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
a）備料：按以下重量份準(zhǔn)備原料：氧化鋁120份，氧化鎂42份，增韌劑3份，粘結(jié)劑1.5份；增韌劑由五氧化二鈮和五氧化二鉭按6：2.5的重量比組成；粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液；
b）原料粉碎：將氧化鋁和氧化鎂分別粉碎至3000目；
c）初步造粒：將氧化鋁和氧化鎂混合均勻，然后向其中噴入氧化鋁和氧化鎂總重量3wt%的水，噴水的同時不斷振動造粒；噴水的過程在10分鐘均勻完成；
d）再次造粒：將粘結(jié)劑添加到初步造粒后的粉料中，并球磨干混25分鐘；
e）增韌改性：將增韌劑添加到步驟d處理后的粉料中，并球磨干混15分鐘，干燥后制得用于制備高韌性耐火材料的粉體。
實施例3
一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
a）備料：按以下重量份準(zhǔn)備原料：氧化鋁120份，氧化鎂40份，增韌劑3.5份，粘結(jié)劑2份；增韌劑由五氧化二鈮和五氧化二鉭按6：2.5的重量比組成；粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液；
b）原料粉碎：將氧化鋁和氧化鎂分別粉碎至3500目；
c）初步造粒：將氧化鋁和氧化鎂混合均勻，然后向其中噴入氧化鋁和氧化鎂總重量3.5wt%的水，噴水的同時不斷振動造粒；噴水的過程在11分鐘均勻完成；
d）再次造粒：將粘結(jié)劑添加到初步造粒后的粉料中，并球磨干混25分鐘；
e）增韌改性：將增韌劑添加到步驟d處理后的粉料中，并球磨干混15分鐘，干燥后制得用于制備高韌性耐火材料的粉體。
實施例4
一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
a）備料：按以下重量份準(zhǔn)備原料：氧化鋁120份，氧化鎂37份，增韌劑4份，粘結(jié)劑2份；增韌劑由五氧化二鈮和五氧化二鉭按6：2的重量比組成；粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液；
b）原料粉碎：將氧化鋁和氧化鎂分別粉碎至4000目；
c）初步造粒：將氧化鋁和氧化鎂混合均勻，然后向其中噴入氧化鋁和氧化鎂總重量4wt%的水，噴水的同時不斷振動造粒；噴水的過程在12分鐘均勻完成；
d）再次造粒：將粘結(jié)劑添加到初步造粒后的粉料中，并球磨干混25分鐘；
e）增韌改性：將增韌劑添加到步驟d處理后的粉料中，并球磨干混15分鐘，干燥后制得用于制備高韌性耐火材料的粉體。
實施例5
一種用于制備高韌性耐火材料的粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
a）備料：按以下重量份準(zhǔn)備原料：氧化鋁120份，氧化鎂45份，增韌劑5份，粘結(jié)劑3份；增韌劑由五氧化二鈮和五氧化二鉭按6：3的重量比組成；粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液；
b）原料粉碎：將氧化鋁和氧化鎂分別粉碎至4000目；
c）初步造粒：將氧化鋁和氧化鎂混合均勻，然后向其中噴入氧化鋁和氧化鎂總重量5wt%的水，噴水的同時不斷振動造粒；噴水的過程在12分鐘均勻完成；
d）再次造粒：將粘結(jié)劑添加到初步造粒后的粉料中，并球磨干混30分鐘；
e）增韌改性：將增韌劑添加到步驟d處理后的粉料中，并球磨干混20分鐘，干燥后制得用于制備高韌性耐火材料的粉體。
效果測試：
將上述實施例中制得的用于制備耐火材料的粉體經(jīng)成型并在1400℃下燒結(jié)8小時制備得到耐火材料，并對制得的耐火材料進行相關(guān)性能測試；
耐火度測試采用gb/t7322-2007記載的方法進行，顯氣孔率采用gb/t5071-2013記載的方法進行，常溫耐壓強度采用gb/t5072-2008記載的方法進行，荷重軟化溫度采用gb/t5989-2008記載的方法進行，斷裂韌性采用本領(lǐng)域公知的senb法進行測試。
測試效果：
1.耐火度≥1860℃，最大使用溫度≥1800℃；
2.顯氣孔率≤6%；
3.常溫耐壓強度≥115mpa；
4.荷重軟化溫度≥1820℃；
5.斷裂韌性≥1.5mpa·m1/2。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。