本發(fā)明涉及耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高韌性耐火材料。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)意義上，耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機(jī)非金屬材料，它是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料，是用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)高溫容器和部件的材料，并且能夠承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。
大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云石）為原料制造的，采用某些工業(yè)原料和人工合成原料（如工業(yè)氧化鋁、碳化硅、合成莫來石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的種類很多。耐火材料按照礦物組成可以分為氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、橄欖石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、含碳質(zhì)、含鋯質(zhì)耐火材料及特殊耐火材料；按照制造方法可以分為天然礦石和人造制品；按其方式可分為塊狀制品和不定形耐火材料；按照熱處理方式可分為不燒制品、燒成制品和熔鑄制品；按照耐火度可分為普通、高級和特級耐火制品；按照化學(xué)性質(zhì)可分為酸性、中性及堿性耐火材料；按照其密度可分為輕質(zhì)及重質(zhì)耐火材料；按照其制品的形狀和尺寸可分為標(biāo)準(zhǔn)磚、異形磚、特異形磚、管和耐火器皿；還可以按其應(yīng)用分為高爐用、水泥窯用、玻璃窯用、陶瓷窯用耐火材料等。
無機(jī)非金屬材料的機(jī)械韌性較差是無機(jī)非金屬和材料中普遍存在的一個(gè)問題，作為同屬無機(jī)非金屬材料的耐火材料，其機(jī)械韌性也較差，雖然在使用過程中耐火材料幾乎不需要進(jìn)行移動，但是其較差的機(jī)械韌性也影響到了其高溫時(shí)候的抗熱震性能，在急冷急熱和使用的間隙由于較大的溫差耐火材料極易在熱脹冷縮作用下發(fā)生開裂、剝落等影響耐火材料完整性的情況，降低了耐火材料的使用壽命；同時(shí)對于那些需要經(jīng)常進(jìn)行移動的耐火材料制品，其較差的機(jī)械韌性則會大大增加耐火制品的損壞率，影響其日常使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有較高耐火度并且具有優(yōu)良斷裂韌性的高韌性耐火材料，同時(shí)其制備過程中的生坯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種高韌性耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鋁100份，氧化鎂30～40份，五氧化二鈮1～2份，五氧化二鉭0.5～1份，粉料粘結(jié)劑1～3份，成型粘結(jié)劑0.2～0.5份。
在耐火材料體系中，鎂鋁尖晶石系耐火材料是一種重要的耐火材料。當(dāng)氧化鎂和氧化鋁原料粉體中氧化鋁的摩爾百分比為50%左右時(shí)，經(jīng)高溫處理后會生成穩(wěn)定的并具有極好耐高溫性能的鎂鋁尖晶石物相，同時(shí)氧化鋁含量越高，鎂鋁尖晶石相更穩(wěn)定；由于氧化鋁，特別是高純氧化鋁的成本是氧化鎂的兩倍甚至更多，因此在保證能夠生成穩(wěn)定鎂鋁尖晶石相的前提下盡量減少氧化鋁的添加量；本發(fā)明中氧化鋁的摩爾百分比在49.75～56.90%范圍內(nèi)，經(jīng)后續(xù)高溫處理后能夠生成足量并穩(wěn)定存在的鎂鋁尖晶石相，并能盡量降低生產(chǎn)成本。
鈮元素和鉭元素是元素周期表第vb族的元素，在元素周期表中這兩個(gè)元素上下緊挨，具有相類的性質(zhì)，同樣其氧化物，五氧化二鈮和五氧化二鉭也具有相類的物理及化學(xué)性質(zhì)；針對于本發(fā)明，五氧化二鉭和五氧化二鈮具有三個(gè)重要的特性，1.具有一定的耐高溫性能，添加到耐火材料中雖然是作為一種功能添加劑，即作為增韌劑添加，但是不會對耐火材料的耐火度產(chǎn)生較大的影響；2.這兩種氧化物具有較穩(wěn)定的性質(zhì)，或者說在本發(fā)明的體系中較穩(wěn)定，不會與氧化鎂或者氧化鋁等產(chǎn)生反應(yīng)，也不會發(fā)生固溶，能夠獨(dú)立的存在并起到增韌作用；3.該兩種氧化物顆粒都具有良好的機(jī)械力學(xué)性能，也即具有較好的拉伸性能，其添加后不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的顆粒增韌的效果，還能使這種效果發(fā)揮到最佳，能夠更好的抑制材料內(nèi)裂紋的擴(kuò)散。但是這兩種氧化物也存在一定的問題，即五氧化二鉭雖然具有好的耐高溫性能，但是其拉伸性能較差，而五氧化二鉭雖然耐高溫性能略差，但是拉伸性能還不錯(cuò)，因此需要將兩者按一定不利混合后進(jìn)行添加，而五氧化二鈮占多數(shù)的配合方法對耐火材料的增韌效果更佳。
作為優(yōu)選，氧化鋁和氧化鎂的粒徑為4000～5000目。
作為優(yōu)選，粉料粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液。
聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液是指聚偏氟乙烯溶于n-甲基吡咯烷酮中獲得的溶液。
本發(fā)明中的粉料粘結(jié)劑用于將由五氧化二鈮和五氧化二鉭組成的增韌劑均勻的粘結(jié)到經(jīng)造粒后的氧化鎂和氧化鋁粉體上。現(xiàn)有技術(shù)中，粘結(jié)劑一般采用聚乙烯醇（pva）水溶液，但是聚乙烯醇是一種不耐高溫的有機(jī)高分子化合物，其熔點(diǎn)較低，分解溫度也較低，作為粘結(jié)劑添加到粉體中，在燒結(jié)階段需要在較低的溫度下進(jìn)行排膠處理，在較低的溫度下排膠，容易造成粘結(jié)劑分解后的產(chǎn)物在粉料中的滯留時(shí)間過程，甚至對粉體產(chǎn)生較長時(shí)間持續(xù)的沖擊，造成制得的耐火材料力學(xué)性能的下降；聚偏氟乙烯是一種具有耐高溫特性的有機(jī)高分子化合物，相較于聚乙烯醇，其具有相對更高的熔點(diǎn)，相對更高的分解溫度，因此粉料排膠的溫度也可以相應(yīng)的升高，排膠溫度升高后，分解產(chǎn)物也能更快地從粉體中排出，減少滯留粉體的時(shí)間，減少對制得耐火材料力學(xué)性能的影響。
作為優(yōu)選，成型粘結(jié)劑為5wt%的聚乙烯醇乙醇溶液。
聚乙烯醇乙醇溶液是指將聚乙烯醇溶于乙醇中獲得的溶液。
因?yàn)楸景l(fā)明中的粉料粘結(jié)劑在經(jīng)過制備后全部位于顆粒內(nèi)部，難以實(shí)現(xiàn)較好的顆粒間粘結(jié)，因此需要在加入成型粘結(jié)劑，由于只需起到顆粒之間的粘結(jié)作用，用量不必太多，添加0.1wt%左右即可實(shí)現(xiàn)顆粒間的粘結(jié)作用。
因此，本發(fā)明具有以下有益效果：
（1）本發(fā)明中，在制備耐火材料過程中，制得的生坯具有較好的機(jī)械性能，不易發(fā)生破碎等問題，良品率較高；
（2）本發(fā)明制得而得的耐火材料具有較高的斷裂韌性，能夠保證耐火材料的使用壽命，同時(shí)也能保證耐火材料的可靠性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
一種高韌性耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鋁100份，氧化鎂30份，五氧化二鈮1份，五氧化二鉭0.5份，粉料粘結(jié)劑1份，成型粘結(jié)劑0.2份；氧化鋁和氧化鎂的粒徑為4000目，粉料粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液，成型粘結(jié)劑為5wt%的聚乙烯醇乙醇溶液；
將上述原料均勻混合成型并在1400℃下燒結(jié)8小時(shí)制得高韌性耐火材料。
實(shí)施例2
一種高韌性耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鋁100份，氧化鎂32份，五氧化二鈮1.5份，五氧化二鉭1份，粉料粘結(jié)劑1.5份，成型粘結(jié)劑0.4份；氧化鋁和氧化鎂的粒徑為4000目，粉料粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液，成型粘結(jié)劑為5wt%的聚乙烯醇乙醇溶液；
將上述原料均勻混合成型并在1400℃下燒結(jié)8小時(shí)制得高韌性耐火材料。
實(shí)施例3
一種高韌性耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鋁100份，氧化鎂35份，五氧化二鈮.5份，五氧化二鉭0.75份，粉料粘結(jié)劑2份，成型粘結(jié)劑0.35份；氧化鋁和氧化鎂的粒徑為4500目，粉料粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液，成型粘結(jié)劑為5wt%的聚乙烯醇乙醇溶液；
將上述原料均勻混合成型并在1400℃下燒結(jié)8小時(shí)制得高韌性耐火材料。
實(shí)施例4
一種高韌性耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鋁100份，氧化鎂38份，五氧化二鈮1.8份，五氧化二鉭0.6份，粉料粘結(jié)劑2.5份，成型粘結(jié)劑0.25份；氧化鋁和氧化鎂的粒徑為5000目，粉料粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液，成型粘結(jié)劑為5wt%的聚乙烯醇乙醇溶液；
將上述原料均勻混合成型并在1400℃下燒結(jié)8小時(shí)制得高韌性耐火材料。
實(shí)施例5
一種高韌性耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鋁100份，氧化鎂40份，五氧化二鈮2份，五氧化二鉭1份，粉料粘結(jié)劑3份，成型粘結(jié)劑0.5份；氧化鋁和氧化鎂的粒徑為5000目，粉料粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液，成型粘結(jié)劑為5wt%的聚乙烯醇乙醇溶液；
將上述原料均勻混合成型并在1400℃下燒結(jié)8小時(shí)制得高韌性耐火材料。
效果測試：
將上述實(shí)施例中制得高韌性耐火材料進(jìn)行相關(guān)性能測試；
耐火度測試采用gb/t7322-2007記載的方法進(jìn)行，顯氣孔率采用gb/t5071-2013記載的方法進(jìn)行，常溫耐壓強(qiáng)度采用gb/t5072-2008記載的方法進(jìn)行，荷重軟化溫度采用gb/t5989-2008記載的方法進(jìn)行，斷裂韌性采用本領(lǐng)域公知的senb法進(jìn)行測試。
測試效果：
1.耐火度≥1850℃，最大使用溫度≥1800℃；
2.顯氣孔率≤6%；
3.常溫耐壓強(qiáng)度≥118mpa；
4.荷重軟化溫度≥1850℃；
5.斷裂韌性≥1.4mpa·m1/2。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。