[发明专利]利用N,N-二甲基乙酰基乙酰胺凝胶体系凝胶注模成型致密氧化铬耐火材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料成型领域，尤其涉及一种N,N-二甲基乙酰基乙酰胺(DMAA)凝胶体系凝胶注模成型致密氧化铬耐火材料。

背景技术

在铝硼硅酸盐玻璃中，其成分中碱金属氧化物的含量小于1％的被称为无碱玻璃纤维。由于无碱玻璃的优异的性能，在玻璃纤维产业中，其越来越受欢迎，目前已被广泛应用于多个关乎国民经济命脉的领域中。无碱玻璃的主要原材料分别为石英砂、石灰石、叶腊石和磞镁石等，由于其成分的因素，导致它的熔制温度会达到1540℃，甚至更高，正因为如此，无碱玻璃纤维对耐火材料的要求非常严格。Cr₂O₃是致密氧化铬耐火材料主要成分，大多数情况下，Cr₂O₃的质量分数要高于90％。因为Cr₂O₃的抗侵蚀性能十分优异，无碱玻璃纤维池窑的关键内衬材料一般采用的是致密Cr₂O₃砖，所以，无碱玻璃纤维池窑的工作寿命在很大程度上取决于其关键部位所使用的氧化铬砖质量的优劣。据有关数据显示，在一个常规的无碱玻纤池窑的生产线的投资成本中，其中占总成本三分之一的资金是用在池窑的投资上。可以说，对于无碱玻璃池窑的总投资成本，在很大程度上是由池窑中所使用的耐火材料的成本决定的。所以，品性优异、价格低廉的Cr₂O₃耐火材料在降低无碱玻璃纤维的生产成本上十分关键。

目前，致密Cr₂O₃砖一般采用的成型方法为等静压成型，这种工艺过程复杂，成本高，对于形状较为复杂的制品，等静压成型较为困难。凝胶注模工艺是一种注凝精密成型陶瓷坯体的成型技术，其发明者是由来自美国橡树岭国家实验室的M.A.Janny和O.O.Omattete。该技术巧妙的将比较传统的陶瓷注浆成型技术和高分子化学理论结合起来，其陶瓷粉体通过原位固化成型，具体是通过浆料中所含有的具有单功能图的单体和具有多功能团的交联剂的聚合反应，从而形成高分子网络结构把粉体固定起来。这种工艺成本相对低廉，工艺过程简单，其成型的生坯强度、密度大，微观结构均匀，产品性能优良。自从凝胶注模工艺出现以来，已被应用于多种陶瓷材料的成型，然而，目前很少有将凝胶注模工艺应用于致密Cr₂O₃耐火材料成型的相关报道。因此，有必要对凝胶注模制备致密Cr₂O₃耐火材料进行深入的研究。

发明内容

针对上述现有技术，本发明N,N-二甲基乙酰基乙酰胺(DMAA)凝胶体系凝胶注模成型致密氧化铬耐火材料的方法，是利用一种低毒体系(DMAA/MBAM)，采用凝胶注模成型工艺，制备出成本低，性能优良，可用于大规模生产的用于无碱玻纤池窑窑衬的致密氧化铬耐火材料。

为了解决上述技术问题，本发明一种利用N,N-二甲基乙酰基乙酰胺凝胶体系凝胶注模成型致密氧化铬耐火材料的方法，该材料是由预混液、氧化铬粉体和二氧化钛粉体构成的陶瓷浆料注膜成型后经过生坯干燥脱脂、素坯高温烧结得到的烧结体构成，其制备步骤如下：

步骤一、配制预混液：按照有机单体N,N-二甲基乙酰基乙酰胺与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(5-15):1称取有机单体与交联剂，加入去离子水，配制成单体浓度为5-15wt％的溶液A，在溶液A中加入分散剂和引发剂形成溶液B，其中分散剂的加入量为氧化铬粉体和二氧化钛粉体总质量的0.1-0.6wt％，所述引发剂为AZIP·2HCl溶液，AZIP·2HCl溶液的加入量为有机单体质量的0.3-0.7wt％，充分搅拌均匀后，用浓氨水将溶液B的pH值调节为7-11，至此得到预混液；

步骤二、配制陶瓷浆料：将步骤一配制的预混液、氧化铬粉体和二氧化钛粉体混合，其中，氧化铬粉体与二氧化钛粉体的重量百分比为97：3，球磨5-9h后得到固相含量为50-53vol％的陶瓷浆料；

步骤三、注模成型：将步骤二配制好的陶瓷浆料注入模具中，在40-70℃下保温0.5-3h，使得陶瓷浆料凝胶固化，然后脱模得到生坯；

步骤四、生坯干燥脱脂：将步骤三得到的生坯进行分步干燥，400-600℃脱脂1-3h后得到素坯；

步骤五、素坯高温烧结：将步骤四得到的素坯在氮气气氛下进行烧结，烧结温度为1400-1600℃，保温时间为1-5h，最终的烧结体即可致密氧化铬耐火材料。