本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
超塑成形技術(shù)上世紀(jì)70年代初由美國(guó)人提出，迅速在航空航天、汽車等技術(shù)要求高、幾何形狀復(fù)雜的各類金屬制品方面取得顯著發(fā)展。超塑成形的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以降低產(chǎn)品費(fèi)用；可提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性；可減少產(chǎn)品重量；可提高結(jié)構(gòu)的整體性等。目前國(guó)內(nèi)超塑成形所用的陶瓷平臺(tái)，多數(shù)是從國(guó)外進(jìn)口，陶瓷平臺(tái)的陶瓷磚多數(shù)為無貫通孔型的sio2陶瓷磚或al2o3陶瓷磚，其使用溫度低于1000℃，無法用于成形溫度高于1000℃的高溫合金、金屬間化合物。
中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01520541520.3的實(shí)用新型，揭示了一種電熱陶瓷平臺(tái)，所用的多孔sio2陶瓷磚的材料中sio2含量≥98％，多孔sio2陶瓷磚的熱膨脹系數(shù)≤1×10-6，工作溫度≥950℃。由于熔融石英材質(zhì)大于1000℃時(shí)逐漸方石英化導(dǎo)致強(qiáng)度下降，因此其最高使用溫度不超過1000℃，該技術(shù)中未提及多孔sio2陶瓷磚材料的制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料，具有高溫抗壓強(qiáng)度高、耐熱沖擊性好，高溫電阻率高的特點(diǎn)，含有大量密集分布的通孔，能在1300℃下長(zhǎng)期應(yīng)用，能用于高溫合金、金屬間化合物零件的超塑成形；本發(fā)明同時(shí)提供其制備方法。
本發(fā)明所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
骨料顆粒為：
基質(zhì)細(xì)粉為：
骨料顆粒、基質(zhì)細(xì)粉與促凝劑的總和為100％。
所述的莫來石為燒結(jié)莫來石，化學(xué)成分要求為：al2o3含量≥70％。
所述的紅柱石的化學(xué)成分要求為：al2o3含量≥56％，fe2o3含量≤0.6％。
所述的雙峰氧化鋁微粉的化學(xué)成分要求為：al2o3含量≥99.2％。
所述的鋁酸鹽水泥為純鋁酸鈣水泥，化學(xué)成分要求為：al2o3含量≥70％。
所述的重晶石粉的化學(xué)成分要求為：baso4含量≥92％。
所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料制品的氣孔率為15-20％，1300℃耐壓強(qiáng)度≥60mpa，1100℃水冷熱沖擊≥40次無破損。
所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料的制備方法，步驟如下：
(1)預(yù)混合：將基質(zhì)細(xì)粉與促凝劑干混2-10分鐘后，加入骨料顆粒干混2-10分鐘，得混合料，外加溶于水中的分散劑，濕混4-15分鐘得料漿；
(2)將料漿注入模具中直至完全充滿帶有圓鋼芯的模具，靜置凝固4-6小時(shí)后，抽出圓鋼芯，形成直徑為φ6～12mm、孔中心的間距為8-25mm、長(zhǎng)度達(dá)300-800mm密集分布的通孔，再凝固24小時(shí)之后脫模，得生坯；
(3)生坯自然干燥3-5天后，燒成得超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料。
所述的帶有圓鋼芯的模具，在現(xiàn)有普通模具的基礎(chǔ)上增設(shè)了圓鋼芯，圓鋼芯與模具之間螺紋連接，便于靜置凝固后抽出。
所述的燒成條件如下：
常溫-150℃：升溫速率2-5℃/h，150℃下保溫8-16小時(shí)；
150-500℃：升溫速率4-8℃/h；
500-1200℃：升溫速率8-15℃/h；
1200-1450℃：升溫速率8-10℃/h，1450℃下保溫16-30小時(shí)；
?；鸷螅匀唤禍?天出窯。
外加溶于水中的分散劑，其中，分散劑為第三代減水劑，用量為骨料顆粒、基質(zhì)細(xì)粉和促凝劑總質(zhì)量的0.05-0.20％；水的用量為骨料顆粒、基質(zhì)細(xì)粉和促凝劑總質(zhì)量的5-6.5％。
所述的第三代減水劑為聚羧酸系建筑混凝土減水劑。
本發(fā)明制得的所有單件的陶瓷平臺(tái)耐火材料厚度尺寸公差為±0.1mm，通孔孔徑尺寸公差為±0.1mm，孔位置的尺寸公差為±0.1mm。
本發(fā)明骨料選用優(yōu)質(zhì)紅柱石顆粒和燒結(jié)莫來石顆粒，由于紅柱石在高溫下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?，產(chǎn)生的膨脹能夠抵消燒成收縮；基質(zhì)一方面利用紅柱石細(xì)粉莫來石化時(shí)產(chǎn)生的少量氧化硅，與雙峰氧化鋁微粉和重晶石粉，在高溫下原位反應(yīng)生產(chǎn)低膨脹的鋇長(zhǎng)石，提高了產(chǎn)品的高溫抗壓強(qiáng)度和耐熱沖擊性；另一方面利用紅柱石微粉轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?、雙峰氧化鋁微粉和重晶石分解出的氧化鋇形成β-剛玉的膨脹反應(yīng)，將燒成收縮控制在0-0.1％，有效防止了密集排布的φ6～12mm通孔變形和開裂問題。
綜上所述，本發(fā)明的有益效果如下：
1、通過多種原料進(jìn)行顆粒級(jí)配，骨料顆粒利用莫來石、紅柱石原料熱膨脹系數(shù)低和熱穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，提高了制品的耐熱沖擊性；利用重晶石粉與紅柱石粉原位反應(yīng)，形成膨脹率極低鋇長(zhǎng)石相，改善了坯體的耐熱沖擊性和高溫強(qiáng)度；所制得的陶瓷平臺(tái)耐火材料在1100℃水冷熱沖擊40次無裂紋，1300℃的耐壓強(qiáng)度60mpa以上，能在1300℃下長(zhǎng)期應(yīng)用，解決了現(xiàn)有的石英質(zhì)陶瓷平臺(tái)無法用于成形溫度高于1000℃的高溫合金、金屬間化合物的技術(shù)難題。
2、利用紅柱石細(xì)粉轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎呐蛎浄磻?yīng)、雙峰氧化鋁微粉和重晶石分解出的氧化鋇形成β-剛玉的膨脹反應(yīng)，降低了燒成收縮，有效防止了密集排布的通孔變形和開裂。
3、本發(fā)明采用的自流澆注料，所需加水量少(5％～6.5％)，料漿自流性、填充性好。利用料漿未完全固化時(shí)抽出圓鋼芯，制備出了直徑為φ6～12mm、孔間距為8-25mm、長(zhǎng)度達(dá)300-800mm密集分布的通孔，用于安置電加熱原件，解決了密集分布的細(xì)孔難以成形和鉆取加工的問題。
4、本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單可行，制品的成品率高。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但其并不限制本發(fā)明的實(shí)施。
以下非限定性實(shí)施例用于詳細(xì)解釋本發(fā)明的生產(chǎn)工藝和技術(shù)方案。這些實(shí)施例中，制品的性能采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，如體積密度、氣孔率、燒成收縮率、高溫耐壓強(qiáng)度和水冷熱震穩(wěn)定性。
實(shí)施例中用到的所有原料均為市購(gòu)。
實(shí)施例1
所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
骨料顆粒為：
基質(zhì)細(xì)粉為：
外加第三代減水劑0.05％，外加水5.5％。
制備方法如下：
不銹鋼模具的制作：四塊側(cè)板使用10mm厚的不銹鋼板制成，底板使用20mm厚的不銹鋼板開上通槽，側(cè)板插在底板上組成750×660×150mm的槽；在槽內(nèi)尺寸為660×150mm的側(cè)板下部加工出兩排孔，兩排孔之間的距離為25mm，每排中的孔的中心距為25mm，孔徑為φ8mm，穿入兩端帶有螺絲的φ8mm不銹鋼圓鋼芯，用螺母拉直圓鋼芯固定在側(cè)板上，組成不銹鋼模具。
將所述紅柱石細(xì)粉、雙峰氧化鋁微粉、重晶石細(xì)粉、鋁酸鹽水泥按重量比例在攪拌機(jī)中干混5分鐘，再按比例加入紅柱石顆粒、莫來石顆粒干混5分鐘，將第三代減水劑溶解到水中后，加入混合料中，濕混10分鐘后注入模具，直至料漿完全充滿750×660×150mm的不銹鋼模具。料漿在模具中靜置凝固4小時(shí)后，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊輕輕抽出圓鋼芯，在坯體上形成長(zhǎng)度為750mm的通孔50個(gè)，再凝固24小時(shí)之后脫模，得生坯。生坯自然干燥3天后裝入倒焰窯中燒成，得制品。
燒成條件如下：
常溫-150℃：升溫速率3℃/h，150℃下保溫12小時(shí)；
150-500℃：升溫速率6℃/h；
500-1200℃：升溫速率10℃/h；
1200-1400℃：升溫速率8℃/h，1400℃下保溫24小時(shí)；
?；鸷?，自然降溫2天出窯。
制品的燒成收縮為0.02％，外形規(guī)整，通孔的內(nèi)壁光滑完好，無變形。檢測(cè)同樣條件下制作的標(biāo)準(zhǔn)磚，檢測(cè)結(jié)果見表1，其體積密度為2.57g/cm3，氣孔率為15.5％，1100℃水冷熱沖擊40次無裂紋，1300℃的耐壓強(qiáng)度為78mpa，制得了致密度高、高溫耐壓強(qiáng)度高、耐熱沖擊性極佳的陶瓷平臺(tái)耐火材料。
實(shí)施例2
所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
骨料顆粒為：
基質(zhì)細(xì)粉為：
外加第三代減水劑0.15％，外加水6％。
制備方法如下：
不銹鋼模具槽內(nèi)尺寸為750×660×150mm，在側(cè)板下部加工出兩排孔，兩排孔之間距離為15mm，每排中的孔的中心距為15mm，孔徑為φ6mm，穿入兩端帶有螺絲的φ6mm不銹鋼圓鋼芯，用螺母拉直圓鋼芯固定在側(cè)板上，組成不銹鋼模具。
將所述紅柱石細(xì)粉、雙峰氧化鋁微粉、重晶石細(xì)粉、鋁酸鹽水泥按重量比例在攪拌機(jī)中干混8分鐘，再按比例加入紅柱石顆粒、莫來石顆粒干混8分鐘，將第三代減水劑溶解到水中后，加入混合料中，濕混12分鐘后注入模具，直至料漿完全充滿不銹鋼模具。澆注后料漿在模具中靜置凝固6小時(shí)，抽出圓鋼芯后在坯體中形成750mm的通孔86個(gè)，再凝固24小時(shí)之后脫模，得生坯。生坯自然干燥3天后裝入倒焰窯中燒成，得制品。
燒成條件如下：
常溫-150℃：升溫速率2℃/h，150℃下保溫8小時(shí)；
150-500℃：升溫速率4℃/h；
500-1200℃：升溫速率8℃/h；
1200-1380℃：升溫速率8℃/h，1380℃下保溫30小時(shí)；
?；鸷螅匀唤禍?天出窯。
所制得的制品通孔內(nèi)壁光滑規(guī)整。同樣條件下制作的標(biāo)準(zhǔn)磚檢測(cè)結(jié)果見表1中。
實(shí)施例3
所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
骨料顆粒為：
基質(zhì)細(xì)粉為：
外加第三代減水劑0.20％，外加水6.1％。
制備方法如下：
不銹鋼模具同實(shí)施例1。
生坯條件燒成如下：
常溫-150℃：升溫速率3℃/h，150℃下保溫16小時(shí)；
150-500℃：升溫速率4℃/h；
500-1200℃：升溫速率15℃/h；
1200-1430℃：升溫速率10℃/h，1430℃下保溫16小時(shí)；
?；鸷螅匀唤禍?天出窯。
其余制備方法同實(shí)施例1，所制得的制品通孔內(nèi)壁光滑規(guī)整，同樣條件下制作的標(biāo)準(zhǔn)磚檢測(cè)結(jié)果見表1中。
實(shí)施例4
所述的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
骨料顆粒為：
基質(zhì)細(xì)粉為：
外加第三代減水劑0.20％，外加水6.5％。
制備方法如下：
不銹鋼模具同實(shí)施例1。
生坯燒成條件如下：
常溫-150℃：升溫速率4℃/h，150℃下保溫16小時(shí)；
150-500℃：升溫速率5℃/h；
500-1200℃：升溫速率8℃/h；
1200-1400℃：升溫速率8℃/h，1400℃下保溫24小時(shí)；
?；鸷?，自然降溫2天出窯。
其余制備方法同實(shí)施例1，所制得的制品通孔內(nèi)壁光滑規(guī)整，同樣條件下制作的標(biāo)準(zhǔn)磚檢測(cè)結(jié)果見表1中。
表1實(shí)施例制備的超塑成形用電加熱陶瓷平臺(tái)耐火材料的性能指標(biāo)