專利名稱：稀土鈣鈦礦型耐火材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐火材料，尤其是一種稀土鈣鈦礦型耐火材料。
背景技術(shù)：
耐火材料是高溫技術(shù)不可缺少的基礎(chǔ)材料，其發(fā)展與高溫工業(yè)緊密相關(guān)，尤其與鋼鐵工 業(yè)相互依存，共同發(fā)展。近年來，隨著冶煉技術(shù)和鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，耐火材料也實(shí)現(xiàn)了 一系列重大技術(shù)變革，正逐步由依賴于天然原料、大批量生產(chǎn)的原始制品群向以多品種、小 批量、人工原料、開發(fā)和設(shè)計(jì)等為原則的精密、高級制品系列轉(zhuǎn)變，即由古典耐火材料向多 樣化的新型耐火材料轉(zhuǎn)變。我國著名的耐火材料專家鐘香崇教授認(rèn)為耐火材料的發(fā)展重點(diǎn)仍 然是鋼鐵工業(yè)用耐火材料，而重中之重為連鑄用材料。連鑄技術(shù)的發(fā)展既為我國耐火材料工 業(yè)帶來前所未有的發(fā)展契機(jī)同時也對耐火材料的質(zhì)量和品種提出了更為苛刻的要求。
耐火材料發(fā)展的總體戰(zhàn)略一是改進(jìn)和完善現(xiàn)有耐火材料的綜合性能，另一個是探索新型 耐火材料，即開拓和挖掘新的耐火材料體系。熔點(diǎn)在2000'C以上、可以作為高級耐火材料的 氧化物很多。但除了高熔點(diǎn)以外，還必須具備多種離溫性能和比較成熟的制造工藝，所以到 目前為止，只有部分氧化物可作為耐火材料來生產(chǎn)和應(yīng)用，其中大量使用的有Al203、 MgO、 Zr02、 CaO等。稀土鈣鈦礦型復(fù)合氧化物材料由于其出色的物理、化學(xué)性能，成為鋼鐵冶金 用耐火材料較好的備選產(chǎn)品。
稀土鈣鈦礦型(AB03)陶瓷材料(LaM03， M=Mn， Cr， Ga等)具有熔點(diǎn)高、電導(dǎo)率較高等 特點(diǎn)，高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，并具有適中的力學(xué)性能，在功能材料領(lǐng)域 有著廣泛的應(yīng)用。表1是稀土鈣鈦礦材料同傳統(tǒng)耐火材料的主要性能比較。Al203和Zr02為 目前耐火材料的主要成分，LaGa03、 LaMn03和LaCr03均是稀土鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的功能陶瓷材料。 對比表1的結(jié)果并綜合分析國內(nèi)外LaM03的研究及本實(shí)驗(yàn)室的前期工作可以發(fā)現(xiàn)，部分 LaM03的高溫性能和熱膨脹系數(shù)與耐火材料相當(dāng)。稀土鈣鈦礦型材料化學(xué)性能穩(wěn)定，優(yōu)于大 部分現(xiàn)有耐火材料?，F(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定耐火制品的常溫耐壓強(qiáng)度在20MPa以上(見表2)， LaM03材料的常溫耐壓強(qiáng)度完全符合要求。連鑄耐火材料的工作溫度一般在160(TC以下，而 目前鉻酸鑭高溫發(fā)熱元件最高安全使用溫度可達(dá)190(TC，也能滿足這一溫度要求。但是純 LaM03陶瓷材料熱膨脹系數(shù)大而熱導(dǎo)率較低，抗熱震性能較差，高溫力學(xué)性能還不很清楚， 無法直接用作耐火材料。若應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域，必須強(qiáng)化其高溫抗彎強(qiáng)度和抗蠕變性能， 提高抗熱震斷裂能力。
發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不含碳、硅，高溫化學(xué)性能穩(wěn)定 的稀土鈣鈦礦型耐火材料。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種稀土鈣鈦礦型耐火材料，包括以下重
量百分比的成分，LaCr03 75~97%， Zr023~25%。
本發(fā)明進(jìn)一步的成分(重量百分比)為，LaCr03 85~95%， Zr025~15%。 所述LaCr03的原子結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。
本發(fā)明將高溫氧化物Zr02作為第二相，將其按一定質(zhì)量百分比加入到稀土氧化物鉻酸鑭 基體中制備成復(fù)合材料，通過摻加燒結(jié)，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具體指標(biāo)如附 表1所示。
在高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)X射線衍射檢測Zr02與基體組織鉻酸鑭不發(fā)生任何反應(yīng)，不生成新相， 并未改變Lai-xCaxCr03的結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、將Zr02用于稀土復(fù)合氧化物陶瓷材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)；通過顆粒級 配優(yōu)化顯微組織結(jié)構(gòu)，提高材料的抗熱震性能、耐渣蝕性能及高溫力學(xué)性能，使之滿足連鑄 耐火材料的性能要求，拓展高性能功能陶瓷的應(yīng)用范圍。
2、 研制的材料不含碳、硅，高溫化學(xué)性能穩(wěn)定，可克服現(xiàn)有材料造成鋼水增碳、增硅及 易于結(jié)瘤、堵塞的現(xiàn)象。
3、 本發(fā)明不但提供了新型的耐火材料，解決了我國鋼鐵行業(yè)的急需，還拓展了稀土鈣鈦 礦型材料的應(yīng)用空間，使我國豐富的稀土資源得到充分的利用(LaM03中氧化鑭用量占65% 以上)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
圖1是本發(fā)明不同氧化鋯含量的試樣X射線衍射圖譜；
圖中，a表示0%的Zr02 ， b表示2%的Zr02 ， c表示5%的Zr02 , d表示10%的 Zr02， e表示20%的Zr02，其中，百分?jǐn)?shù)表示重量百分比。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例l:包括以下重量百分比的成分，LaCr0375%， Zr02 25%。 LaCr03的原子結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。
本發(fā)明將高溫氧化物Zr02作為第二相，將其按一定質(zhì)量百分比加入到稀土氧化物鉻酸鑭 基體中制備成復(fù)合材料，通過摻加燒結(jié)，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具體指標(biāo)如表 l所示。
本發(fā)明在高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)X射線衍射檢測Zr02與基體組織鉻酸鑭不發(fā)生任何反應(yīng)，不生成 新相，并未改變LaLxCaxCr03的結(jié)構(gòu)組成。如圖1所示。
實(shí)施例2:實(shí)施例l:包括以下重量百分比的成分，LaCr03 85%， Zr02 15%。 LaCr03的原子結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。.本發(fā)明將高溫氧化物Zr02作為第二相，將其按一定質(zhì)量百分比加入到稀土氧化物鉻酸鑭 基體中制備成復(fù)合材料，通過摻加燒結(jié)，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具體指標(biāo)如表 1所示。
本發(fā)明在高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)X射線衍射檢測Zr02與基體組織鉻酸鑭不發(fā)生任何反應(yīng)，不生成 新相，并未改變LabxCaxCr03的結(jié)構(gòu)組成。如圖1所示。
實(shí)施例3:包括以下重量百分比的成分，LaCrO3 90%， Zr02 10%。 LaCr03的原子結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。
本發(fā)明將高溫氧化物Zr02作為第二相，將其按一定質(zhì)量百分比加入到稀土氧化物鉻酸鑭 基體中制備成復(fù)合材料，通過摻加燒結(jié)，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具體指標(biāo)如表 1所示。
本發(fā)明在高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)X射線衍射檢測Zr02與基體組織鉻酸鑭不發(fā)生任何反應(yīng)，不生成 新相，并未改變La^CaxCr03的結(jié)構(gòu)組成。如圖1所示。
實(shí)施例4:包括以下重量百分比的成分，LaCr03 95%， Zr02 5°/0。 LaCK)3的原子結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。
本發(fā)明將高溫氧化物Zr02作為第二相，將其按一定質(zhì)量百分比加入到稀土氧化物鉻酸鑭 基體中制備成復(fù)合材料，通過摻加燒結(jié)，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具體指標(biāo)如表 l所示。
本發(fā)明在高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)X射線衍射檢測Zr02與基體組織鉻酸鑭不發(fā)生任何反應(yīng)，不生成 新相，并未改變La^CaxCr03的結(jié)構(gòu)組成。如圖1所示。
實(shí)施例5:包括以下重量百分比的成分，LaCr0397%， Zr02 3%。 LaCr03的原子結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。
本發(fā)明將高溫氧化物Zr02作為第二相，將其按一定質(zhì)量百分比加入到稀土氧化物鉻酸鑭 基體中制備成復(fù)合材料，通過摻加燒結(jié)，使耐火材料的性能得到大幅度提升。具體指標(biāo)如表 l所示。
本發(fā)明在高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)X射線衍射檢測Zr02與基體組織鉻酸鑭不發(fā)生任何反應(yīng)，不生成 新相，并未改變La^CaxCr03的結(jié)構(gòu)組成。如圖1所示。
表2
材質(zhì)顯氣孔率％體積密度 g/cm3耐壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度MPa
鋁碳質(zhì)12 i82.35 3.1520~356 14
鋁鋯碳質(zhì)14 183.25 3.7520 276 8
鋯鈣碳質(zhì)15 183.60 2.7522 26
高鋁碳質(zhì)16 182.80 2.85一10 12
5含量(％)
顯氣孔率 不大于
體積密度
(g/cm3) 不小于
常溫耐壓強(qiáng)度 (MPa) 不小于
常溫耐折強(qiáng)度 (MPa) 不小于
抗熱震性/次 (IIOO'C，水冷)
適用范圍
YB 4075-91
YB 4076-91
YB/T 5049-1999
YB/T 007-2003
Lao.9Cao.1CrO3 /Zr02 復(fù)合材料
Zr02
Si02
A1203
C Zr02 A1203 TC Zr02
Zr02 LaCaCrO3
不小于63
不小于99
》73
》7
》6 》45 60 》10 30 》55 70
5~17
余量
20
18
8.62
3.90
1.84
3.05
18 22 2.13 3.50
5.55
40
115
19 23
》190.69
5.5
》18.22
>5
7 8
鋯質(zhì)定徑水 口磚
熔融石英質(zhì) 長水口和浸
入式水口
不燒及燒成 滑板磚
連鑄用鋁炭 質(zhì)(復(fù)合鋁 炭質(zhì)、 質(zhì))
200910013692.2 溢齒被4/4:a;
權(quán)利要求
1. 一種稀土鈣鈦礦型耐火材料，其特征在于其包括以下重量百分比的成分，LaCrO375～97％，ZrO23～25％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鈣鈦礦型耐火材料，其特征在于其包括以下重量百分比 的成分，LaCr03 85~95%， Zr025~15%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稀土鈣鈦礦型耐火材料，其特征在于所述LaCr03的原子 結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土鈣鈦礦型耐火材料，其包括以下重量百分比的成分，LaCrO<sub>3</sub>75～97％，ZrO<sub>2</sub> 3～25％。本發(fā)明通過顆粒級配，優(yōu)化顯微組織結(jié)構(gòu)，提高材料的抗熱震性能；將ZrO2相變增韌應(yīng)用于稀土鈣鈦礦材料，對該材料進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)。通過改善組織，提高此類材料的高溫性能及抗渣侵蝕能力。此外，本項(xiàng)目不但提供了新型的耐火材料，解決了我國鋼鐵行業(yè)的急需，還拓展了稀土鈣鈦礦型材料的應(yīng)用空間，使我國豐富的稀土資源得到充分的利用(LaMO3中氧化鑭用量占65％以上，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號C04B35/66GK101481252SQ20091001369
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者劉宏華, 青 敖, 李士剛, 李勝利 申請人:山東大學(xué)