[发明专利]一种具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有微‑纳米复合孔结构的烧结镁砂及其制备方法。其技术方案是：将0.1～8质量份的可溶盐溶解于4～10质量份的水中，得到盐溶液；将92～99.9质量份的含镁原料微粉和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料在100～150MPa条件下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1750～1900℃条件下保温1～8小时，制得具有微‑纳米复合孔结构的烧结镁砂。本发明成本低和工艺简单，所制备的具有微‑纳米复合孔结构的烧结镁砂具有显气孔率低、热导率较低和抗熔渣侵蚀渗透能力强的特点。

技术领域

本发明属于微孔烧结镁砂技术领域。具体涉及一种具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂及其制备方法。

背景技术

耐火材料直接应用于钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷和化工、机械、电力等国民经济各个领域的高温工业生产过程中，是保证上述产业运行和技术发展必不可少的基础材料。镁砂具有熔点高、耐高温、抗碱性高温熔渣侵蚀性好等优点，是耐火材料中最重要的原料之一，被广泛应用于各类高温工业用耐火材料，其服役性能和使用寿命直接关系着高温工业的正常运行与产品的最终品质。

尽管镁砂耐火度高、抗碱性高温熔渣侵蚀性好，但镁砂抵御高温熔渣渗透性能和抗热震性能不佳的缺陷对其使用寿命带来了极大的限制。镁砂的抗高温熔渣渗透及抗热震性能与其显微结构有重要联系。由于现有的镁砂中气孔尺寸通常较大且直接结合程度较低，熔渣较易通过气孔及晶界渗透进入材料内部，因此，现有镁砂制备技术多倾向于制备晶粒尺寸大且较致密的镁砂原料，即大结晶镁砂。然而，由于氧化镁热膨胀系数较大，大结晶镁砂在遭受温度剧变时，由于晶界数量少，热应力难以得到释放，因此，抗热震性能通常不佳。此外，现有的大结晶镁砂抗渣性能仍然不够优越，有待提高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低和工艺简单的具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂的制备方法；用该方法制备的具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂显气孔率低、热导率较低和抗熔渣侵蚀渗透能力强。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：将0.1～8质量份的可溶盐溶解于4～10质量份的水中，得到盐溶液；将92～99.9质量份的含镁原料微粉和所述盐溶液置于行星球磨机中，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料在100～150MPa条件下机压成型，得到生坯；然后将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1750～1900℃条件下保温1～8小时，制得具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂。

所述可溶盐为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、氯化铝、硝酸铝、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的1～4种。

所述含镁原料微粉为菱镁矿微粉、氢氧化镁微粉、水氯镁石微粉和轻烧氧化镁微粉中的一种以上；所述含镁原料微粉的粒径D₅₀为1～10μm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

(1)本发明引入可溶盐，所述可盐溶解于水中时发生水解，可以形成水合阳离子，所述水合阳离子以四聚体或二聚体的形式存在，水合阳离子具有的架桥羟基能够相互连接，从而原位形成具有纳米孔隙的网络结构。此外，在热处理过程中，含镁原料微粉发生分解将产生微米空隙，在高温焙烧过程中，四聚体或者二聚体分解产生的纳米粒子与含镁原料微粉形成错位烧结，由于两者烧结性能的差异，使得上述纳米及微米孔隙被快速封闭在晶粒内部，从而形成微-纳米晶内气孔。该微-纳米晶内气孔首先能够降低烧结镁砂的导热系数，提升具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂的隔热保温性能；其次，由于微-纳米晶内气孔尺寸小，在与熔渣反应时，有利于渣蚀相过饱和且晶体长大速率增大，原位形成隔离层，提升具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂的抗渣侵蚀及渗透性能；最后，微-纳米晶内气孔的存在能够一定程度地缓冲温度剧变时材料内部的热应力，而且能够吸收降低裂纹扩展的能量，并使得裂纹发生桥联和偏转，提升具有微-纳米复合孔结构的烧结镁砂的韧性和抗热震性能。