用于制備基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料的方法和基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料的制作方法
【專利說明】用于制備基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料的方法和基于 鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料
[0001] 發(fā)明概沐 本發(fā)明涉及用于制備基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料的方法和基于鎂氧或鎂氧尖 晶石的耐火材料。
[0002] 術(shù)語"耐火材料"在本發(fā)明的意義內(nèi)特別是指工作溫度在600°C以上的陶瓷產(chǎn)品和 優(yōu)選根據(jù)DIN51060的耐火材料,換言之,具有大于SK17的西格錐滴點(diǎn)材料。
[0003] 耐火材料的形式已知為成型的耐火產(chǎn)品,例如磚,和非成型的耐火產(chǎn)品,特別是耐 火水泥、耐火塊以及耐火砂漿。
[0004] 耐火材料特別是基于陶瓷原料,其特別地還包括鎂氧(氧化鎂,MgO)和鎂氧尖晶 石(鋁酸鎂,MgO?A1203,MgAl204)。
[0005] 基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料特征在于良好的耐火性能。然而,對于某些應(yīng) 用將希望使得基于鎂氧或鎂氧尖晶石的可用的耐火材料具有提高的耐火性能。例如,對于 基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料的許多應(yīng)用而言,強(qiáng)度提高、脆性降低和耐腐蝕性與耐 氧化性和耐滲濾性的提高將是所希望的。
[0006] 在過去,因此不乏嘗試提供基于鎂氧或鎂氧尖晶石的具有提高的耐火性能的耐火 材料。
[0007] 例如,US專利4, 557, 884在此方面描述了用于制備基于鎂氧的耐火材料的方法, 其中在燒制期間由鎂SiAlON多型體形成結(jié)合相。
[0008] 本發(fā)明解決的問題是提供一種方法,通過所述方法可以制備基于鎂氧或鎂氧尖晶 石的耐火材料,其具有提高的耐火性能,特別是具有突出的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐氧化性和耐 滲濾性以及低的脆性。本發(fā)明解決的另一問題是提供基于鎂氧或鎂氧尖晶石的具有此類性 能的耐火材料。
[0009] 為了解決上面提及的第一個問題,本發(fā)明提供了用于制備基于鎂氧或鎂氧尖晶石 的耐火材料的方法,包括下面的步驟: -提供包含如下的配料 i. 第一組分,由下面物質(zhì)中的至少一種構(gòu)成:鎂氧或鎂氧尖晶石; ii. 第二組分,包含當(dāng)施加溫度時由其可以形成包含A1N-類多型體的結(jié)合相的物質(zhì); -對所述配料施加在其中所述第二組分形成包含A1N-類多型體的結(jié)合相的溫度范圍 內(nèi)的溫度;其中 -在施加此溫度范圍的溫度期間使所述配料暴露于壓力。
[0010] 本發(fā)明基于制備基于鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料的思想,其中鎂氧或鎂氧尖晶 石顆粒通過包含A1N-類多型體的結(jié)合相結(jié)合或燒結(jié)。
[0011] 令人驚訝地,如今就本發(fā)明來說發(fā)現(xiàn),如果所述耐火材料的原料在陶瓷燒制期間 暴露于壓力,用此方式制備的耐火材料的許多性能可以僅以可持續(xù)的方式得以提高。特別 地,如果這些材料在陶瓷燒制期間暴露于壓力,則具有包含A1N-類多型體的結(jié)合相的基于 鎂氧或鎂氧尖晶石的耐火材料在強(qiáng)度、耐腐蝕性、脆性和耐氧化性與耐滲濾性方面的耐火 性能可以很大程度上得以提高。
[0012] "多型體"是指發(fā)生多種不同的結(jié)構(gòu)變型的物質(zhì),其各自由具有基本上相同的結(jié)構(gòu) 和組成的層堆疊形成,其中所述各變型僅在其堆疊順序上不同。"類多型體(Polytypoid) " 表示不符合此嚴(yán)格的定義的多型體形式的物質(zhì);而是,類多型體還包括具有相同形貌的或 具有稍微不同組成的礦物質(zhì)。根據(jù)常規(guī)的定義,當(dāng)在化學(xué)組成上存在任何輕微的變化時各 層的堆疊順序差不超過0.25apfu(原子/結(jié)構(gòu)式單元)的任意組分單元時,則存在多型 體。如果所述各層的堆疊順序差超過此0.25apfu,這是指類多型體(在此方面也參見 [1]NickelE.H. ,GirceJ.D. :"TheIMAcommissiononnewmineralsandmineral names:Proceduresandguidelinesonmineralnomenclature, 1998"。TheCanadian Mineralogist,第 36 卷(1998) ; [2]BaileyS.W?等:"Reportoftheinternational mineralogicalassociation(IMA) -internationalunionofcrystallography(IUCr) jointcommitteeonnomenclature".CanadianMineralogist,第 16 卷,第 113 - 117 頁 (1978))。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明,在根據(jù)本發(fā)明的耐火材料中提供了下面兩種AIN-類多型體之一作 為AIN-類多型體或所述第二組分包含當(dāng)施加溫度時可用于形成結(jié)合相的物質(zhì),所述結(jié)合 相包含下面兩種AIN-類多型體之一:由元素Mg、Al、0和N組成的AIN-類多型體(下文稱 作"MgAlON相","MgA10N-AIN-類多型體"或"MgAlON-類多型體"),或由元素Mg、Si、A1、 0和N組成的AIN-類多型體(下文稱作"MgSiAlON相"或"MgSiA10N-AIN-類多型體"或 "MgSiAlON-類多型體")。
[0014] 當(dāng)實施根據(jù)本發(fā)明的方法時,最初供應(yīng)包含構(gòu)成用于使用根據(jù)本發(fā)明的方法制備 耐火材料的前體的原料或組分的配料。
[0015] 為了提高所述配料的均勻性,可以提供的是例如通過超微磨碎機(jī)、輥式混合器或 強(qiáng)力混合器將其混合,例如公司GustavEirichGmbH&CoKG,Hardheim,德國制造的強(qiáng)力 混合器。
[0016] 在使用根據(jù)本發(fā)明的方法制備成型產(chǎn)品形式的耐火材料的情況下,特別可以通過 壓制使所述配料成型。在此情況下可以提供的是,向配料中加入粘結(jié)劑,特別是臨時粘結(jié)劑 例如異丙醇。成型為生坯的配料接著可以例如在80-120°C范圍的溫度下進(jìn)行干燥。
[0017] 然后將任選成型為生坯的配料暴露于溫度。根據(jù)本發(fā)明,也通過在此溫度范圍內(nèi) 施加溫度使所述配料暴露于溫度,其中所述配料的第二組分的物質(zhì)形成包含A1N-類多型 體的結(jié)合相。此范圍的溫度施加通常稱作陶瓷燒制,在此情況下亦是如此。在陶瓷燒制期間 產(chǎn)生的結(jié)合相導(dǎo)致第一組分的物質(zhì),換言之就是鎂氧和/或鎂氧尖晶石形式的顆粒產(chǎn)物, 結(jié)合或相互燒結(jié)。其中在陶瓷燒制期間第二組分的物質(zhì)形成包含A1N-類多型體的結(jié)合相 的溫度范圍分別取決于所述配料的組成和特別是分別取決于所述配料的第二組分的組成。 根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn),包含A1N-類多型體的結(jié)合相可以特別在1200°C以上的溫度由在暴 露期間由其可以形成包含A1N-類多型體的結(jié)合相的物質(zhì)形成,使得根據(jù)本發(fā)明可以特別 提供所述配料暴露于至少1200°C、130(TC或1400°C的溫度。另外,根據(jù)本發(fā)明可以提供所 述配料暴露于不超過1800°C的溫度,例如甚至不超過1750°C、1700°C或1650°C的溫度。所 述配料特別優(yōu)選暴露于1400°C-1650°C溫度范圍內(nèi)的溫度,以便由所述第二組分的物質(zhì)形 成包含A1N-類多型體的結(jié)合相。
[0018] 在所述配料暴露于溫度的同時,它可以額外地暴露于包含氮?dú)猓╪2)的氣體或所述 配料暴露于溫度可以在氮?dú)鈿夥障掳l(fā)生。所述配料可以在其中所述配料暴露于溫度的整個 或部分所述期間在氮?dú)鈿夥障卤┞队跍囟?。特別地,所述配料在氮?dú)鈿夥障卤┞队跍囟瓤?以進(jìn)行一段時間,其中所述配料暴露于其中第二組分形成包含A1N-類多型體的結(jié)合相的 溫度范圍內(nèi)的溫度。如下面所詳細(xì)說明,為了使所述配料硝化,特別在陶瓷燒制期間所述配 料在氮?dú)鈿夥障卤┞队跍囟瓤赡苁潜匦璧摹?br>[0019] 所述配料暴露于在所述第二組分的物質(zhì)形成包含A1N-類多型體的結(jié)合相的溫 度范圍內(nèi)的溫度可以進(jìn)行一段時間,其中所述第二組分的物質(zhì)已經(jīng)形成所需程度的包含 A1N-類多型體的結(jié)合相。例如,所述配料暴露于此溫度范圍內(nèi)的溫度可以進(jìn)行至少60分 鐘的一段時間,例如也可以進(jìn)行至少90或120分鐘的一段時間。另外,所述配料暴露于此 溫度范圍內(nèi)的溫度可以進(jìn)行最長600分鐘的一段時間,例如也可以進(jìn)行最長400、300、240、 210或180分鐘的一段時間。特別優(yōu)選地,所述配料暴露于其中所述第二組分的物質(zhì)形成包 含A1N-類多型體的結(jié)合相的溫度范圍的溫度60-180分鐘的一段時間。
[0020] 如前面所述,根據(jù)本發(fā)明提供了在暴露于其中所述第二組分的物質(zhì)形成包含 A1N-類多型體的結(jié)合相的溫度范圍內(nèi)的溫度的期間,所述配料額外地暴露于壓力。
[0021] 所述配料可以在所述配料暴露于此溫度范圍內(nèi)的溫度的全部或部分時間內(nèi)暴露 于壓力。換言之,根據(jù)本發(fā)明所述配料在陶瓷燒制期間暴露于壓力。在陶瓷燒制期間施加 于所述配料上的壓力顯著高于常壓,特別優(yōu)選在IMPa(兆帕)以上。所述配料在陶瓷燒制 期間特別優(yōu)選暴露于至少2、4、6、8或10MPa的壓力。此外,還可以提供所述配料暴露于 最大50MPa的壓力,例如暴露于最大40、35或30MPa的壓力。特別優(yōu)選地,根據(jù)本發(fā)明在 陶瓷燒制期