本發明屬于泡沫陶瓷技術領域。尤其涉及一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。
背景技術：
高純凈度的金屬材料具有優異的性能和特殊的用途，而金屬熔體在熔鑄或連鑄過程中，由于和爐襯材料的接觸，其純凈度不可避免地受到了影響，具體表現在金屬材料中存在一定的不同形狀的氧化物或非氧化物夾雜物，其數量、尺寸、形態、類型、分布均對金屬材料的強度、塑性和韌性造成破壞性的影響，容易使金屬制品產生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，嚴重時使金屬制品降級使用甚至成為安全事故的隱患。因此，采用簡單有效的凈化手段減少夾雜物的數量并提高金屬的純凈度已經受到世界各國企業和研發機構的重視。國內外目前用于金屬熔體凈化的方法主要有優化冶金工藝、改善冶金設備和采用過濾器凈化金屬熔液。相比前兩種方法，利用過濾器有較為明顯的優勢，其優勢具體為簡單有效、通用、成本低。熔融金屬過濾器的使用條件非常苛刻，要求過濾器有足夠的高溫強度、抗熱穩定性、耐金屬沖刷且不與熔體反應。常用的過濾器有纖維過濾網、直孔過濾器、蜂窩陶瓷過濾器等。纖維過濾網、直孔芯型陶瓷過濾器和蜂窩過濾器等傳統過濾器均存在高溫強度較低、過濾效率不高、長期使用溫度低及金屬熔體過流率低等問題。
作為金屬熔煉用氧化鈣過濾器已有研究報道和應用，基本工藝包括氧化鈣顆粒制備、破碎、級配、混合、成型和燒成，工藝繁瑣，尤其是在現有的技術方案中，經高溫處理后的氧化鈣坯體表面的燒結層在破碎過程中被破壞，破碎后暴露出了新的表面，從而導致氧化鈣顆粒極易水化，給氧化鈣原料的儲備和氧化鈣過濾材料的制備帶來了極大困難。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術不足，目的是提供一種工藝簡單、制備成本低和能耗低的氧化鈣泡沫陶瓷的制備方法，用該方法制備的氧化鈣泡沫陶瓷使用溫度高、高溫性能穩定和抗水化性能好，適合作為高純凈熔體冶煉用的高溫材料。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：先將90~99.5wt%的氫氧化鈣粉體和0.5~10wt%的其它氫氧化物混合，得混合粉；再外加所述混合粉0.1~3wt%的添加劑和30~100wt%的水，濕混，得漿體；將聚氨酯海綿浸入所述漿體中，浸漬時間為2~20min，取出含有漿體的聚氨酯海綿，擠壓；然后將擠壓后的聚氨酯海綿于110℃條件下干燥12~24小時，得到氧化鈣泡沫陶瓷預制塊；最后將所述氧化鈣泡沫陶瓷預制塊置入加熱爐內，升溫至1400~1700℃，保溫1~5小時，自然冷卻，即得氧化鈣泡沫陶瓷。
所述氫氧化鈣粉體的Ca(OH)2含量≥95wt%；粒徑為10~300μm。
所述其它氫氧化物為氫氧化鋯、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈹和氫氧化鈦中的一種以上；所述其它氫氧化物的粒徑為10~300μm。
所述添加劑為木質素磺酸鈣和羧甲基纖維素中的一種以上；所述添加劑的粒徑為10~300μm。
由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：
本發明僅采用浸漬、烘干和燒成方法，即制得氧化鈣泡沫陶瓷，故工藝簡單、成本低和能耗低。
本發明與傳統的過濾器對比，氧化鈣泡沫陶瓷是由共價鍵和復雜的離子鍵鍵合而形成穩定的晶體結構，使得氧化鈣泡沫陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、熱穩定性較好等優點，同時其獨特的孔結構使得制品具有比表面積高、流體壓力損失小的特點，加上氧化鈣對金屬熔體中雜質有很好的吸附效果，使得所制備的氧化鈣泡沫陶瓷具有吸附金屬熔體中雜質效率高的特點。
本發明制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量≥85wt%，耐壓強度≥1.4MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干后，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率≤2%。
因此，本發明具有工藝簡單、成本低和能耗低的特點，所制備的氧化鈣泡沫陶瓷不但具有使用溫度高、高溫性能穩定和抗水化性能好的優點，適合作為高純凈熔體冶煉用的高溫材料。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明做進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
為避免重復，現將本具體實施方式所涉及的技術參數統一描述如下，實施例中不再贅述：
所述氫氧化鈣粉體的Ca(OH)2含量≥95wt%；粒徑為10~300μm。
所述其它氫氧化物的粒徑為10~300μm。
所述添加劑的粒徑為10~300μm。
實施例1
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。其技術方案是：先將90~93wt%的氫氧化鈣粉體和7~10wt%的其它氫氧化物混合，得混合粉；再外加所述混合粉0.1~1wt%的添加劑和30~50wt%的水，濕混，得漿體；將聚氨酯海綿浸入所述漿體中，浸漬時間為2~7min，取出含有漿體的聚氨酯海綿，擠壓；然后將擠壓后的聚氨酯海綿于110℃條件下干燥12~15小時，得到氧化鈣泡沫陶瓷預制塊；最后將所述氧化鈣泡沫陶瓷預制塊置入加熱爐內，升溫至1400~1500℃，保溫1~2小時，自然冷卻，即得氧化鈣泡沫陶瓷。
本實施例所述其它氫氧化物為氫氧化鋯；所述添加劑為木質素磺酸鈣；。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為85.5~86.1wt%，耐壓強度為2.1~2.3MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.8~2.0%。
實施例2
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。本實施例除所述其它氫氧化物外，其余同實施例1：
所述其它氫氧化物為氫氧化鋯、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈹和氫氧化鈦中的任意兩種的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為85.1~85.9wt%，耐壓強度為2.3~2.5MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.7~1.9%。
實施例3
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。其技術方案是：先將93~95wt%的氫氧化鈣粉體和5~7wt%的其它氫氧化物混合，得混合粉；再外加所述混合粉1~2wt%的添加劑和50~70wt%的水，濕混，得漿體；將聚氨酯海綿浸入所述漿體中，浸漬時間為7~12min，取出含有漿體的聚氨酯海綿，擠壓；然后將擠壓后的聚氨酯海綿于110℃條件下干燥15~20小時，得到氧化鈣泡沫陶瓷預制塊；最后將所述氧化鈣泡沫陶瓷預制塊置入加熱爐內，升溫至1500~1600℃，保溫2~3小時，自然冷卻，即得氧化鈣泡沫陶瓷。
本實施例所述其它氫氧化物為氫氧化鎂；所述添加劑為木羧甲基纖維素。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為88.5~89.4wt%，耐壓強度為1.8~2.0MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.5~1.7%。
實施例4
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。本實施例除所述其它氫氧化物外，其余同實施例3：
所述其它氫氧化物為氫氧化鋯、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈹和氫氧化鈦中的任意三種的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為88.1~89.2%wt%，耐壓強度為1.9~2.0MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.4~1.6%。
實施例5
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。其技術方案是：先將95~97wt%的氫氧化鈣粉體和3~5wt%的其它氫氧化物混合，得混合粉；再外加所述混合粉2~3wt%的添加劑和70~90wt%的水，濕混，得漿體；將聚氨酯海綿浸入所述漿體中，浸漬時間為12~17min，取出含有漿體的聚氨酯海綿，擠壓；然后將擠壓后的聚氨酯海綿于110℃條件下干燥20~24小時，得到氧化鈣泡沫陶瓷預制塊；最后將所述氧化鈣泡沫陶瓷預制塊置入加熱爐內，升溫至1600~1700℃，保溫3~4小時，自然冷卻，即得氧化鈣泡沫陶瓷。
本實施例所述其它氫氧化物為氫氧化鋁；所述添加劑為木質素磺酸鈣和羧甲基纖維素中的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為90.2~91.3wt%，耐壓強度為1.8~2.0MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.2~1.4%%。
實施例6
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。本實施例除所述其它氫氧化物外，其余同實施例5：
所述其它氫氧化物為氫氧化鋯、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈹和氫氧化鈦中的任意四種的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為89.2~90.1wt%，耐壓強度為1.6~1.8MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.1~1.3%。
實施例7
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。其技術方案是：先將97~99.5wt%的氫氧化鈣粉體和0.5~3wt%的其它氫氧化物混合，得混合粉；再外加所述混合粉2~3wt%的添加劑和90~100wt%的水，濕混，得漿體；將聚氨酯海綿浸入所述漿體中，浸漬時間為17~20min，取出含有漿體的聚氨酯海綿，擠壓；然后將擠壓后的聚氨酯海綿于110℃條件下干燥20~24小時，得到氧化鈣泡沫陶瓷預制塊；最后將所述氧化鈣泡沫陶瓷預制塊置入加熱爐內，升溫至1600~1700℃，保溫4~5小時，自然冷卻，即得氧化鈣泡沫陶瓷。
本實施例所述其它氫氧化物為氫氧化鈹；所述添加劑為木質素磺酸鈣和羧甲基纖維素中的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為93.8~94.4wt%，耐壓強度為1.5~1.7MPa；在50℃和90%濕度條件下，保持10h，于110℃烘干后，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.0~1.2%。
實施例8
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。本實施例除所述其它氫氧化物外，其余同實施例7：
所述其它氫氧化物為氫氧化鋯、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈹和氫氧化鈦中的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為93.5~94wt%，耐壓強度為1.4~1.6MPa；在50℃和90%濕度條件下，保持10h，于110℃烘干后，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為0.9~1.0%。
實施例9
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。其技術方案是：先將98~99.5wt%的氫氧化鈣粉體和0.5~2wt%的其它氫氧化物混合，得混合粉；再外加所述混合粉1~2wt%的添加劑和40~60wt%的水，濕混，得漿體；將聚氨酯海綿浸入所述漿體中，浸漬時間為5~10min，取出含有漿體的聚氨酯海綿，擠壓；然后將擠壓后的聚氨酯海綿于110℃條件下干燥20~24小時，得到氧化鈣泡沫陶瓷預制塊；最后將所述氧化鈣泡沫陶瓷預制塊置入加熱爐內，升溫至1500~1600℃，保溫2~3小時，自然冷卻，即得氧化鈣泡沫陶瓷。
本實施例所述其它氫氧化物為氫氧化鈦；所述添加劑為木質素磺酸鈣和羧甲基纖維素中的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為95.1~95.8wt%，耐壓強度為1.6~1.8MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.7~1.9%。
實施例10
一種氧化鈣泡沫陶瓷及其制備方法。本實施例除所述其它氫氧化物外，其余同實施例9：
所述其它氫氧化物為氫氧化鋯、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈹和氫氧化鈦中的任意兩種的混合物。
本實施例制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量為95.4~96wt%，耐壓強度為1.5~1.7MPa；在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率為1.6~1.7%。
本發明與現有技術相比具有如下積極效果：
本發明僅采用浸漬、烘干和燒成方法，即制得氧化鈣泡沫陶瓷，故工藝簡單、成本低和能耗低。
本發明與傳統的過濾器對比，氧化鈣泡沫陶瓷是由共價鍵和復雜的離子鍵鍵合而形成穩定的晶體結構，使得氧化鈣泡沫陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、熱穩定性較好等優點，同時其獨特的孔結構使得制品具有比表面積高、流體壓力損失小的特點，加上氧化鈣對金屬熔體中雜質有很好的吸附效果，使得所制備的氧化鈣泡沫陶瓷具有吸附金屬熔體中雜質效率高的特點。
本發明制備的氧化鈣泡沫陶瓷經檢測：CaO含量≥85wt%，耐壓強度≥1.4MPa，在50℃和90%濕度條件下保持10h，于110℃烘干后，氧化鈣泡沫陶瓷的水化增重率≤2%。
因此，本發明具有工藝簡單、成本低和能耗低的特點，所制備的氧化鈣泡沫陶瓷不但具有使用溫度高、高溫性能穩定和抗水化性能好的優點，適合作為高純凈熔體冶煉用的高溫材料。