一种氧化铬材料的烧结方法[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1332130A [43]公开日2002年1月23日
[21]申请号01128362.9[21]申请号01128362.9
[22]申请日2001.08.22[71]申请人武汉科技大学
地址430081湖北省武汉市青山区武汉科技大学
183信箱
[72]发明人梁永和 孙承绪 李楠 钱新伟 吴芸芸 [74]专利代理机构湖北省专利事务所代理人胡建平
[51]Int.CI 7C04B 35/12C04B 35/64C04B 35/66
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页
[54]发明名称
一种氧化铬材料的烧结方法
[57]摘要
本发明涉及一种采用复合覆盖剂低温合成无反
应层纯Cr 2O 3和Cr 2O 3材料的烧结方法。

该方法是在
氧化铬材料试样表面埋覆一层氧化物细粉,然后在
氧化物细粉层外埋覆炭粉,将它们一起装于匣钵或
类似箱体中,于1500－1650℃温度下进行烧结,保温
1－3小时即成。

本发明能在不使用外加剂的条件下
使氧化铬材料达到充分的烧结,并带来以下的积极
效果:1、氧化物细粉层的存在使得制品试样与外层
炭粉完全隔离,可以避免二者直接接触而形成反应
层,这样,不仅烧结的制品表面质量好,而且相对密
度高,能适于大规模工业生产;2、采用低温烧成可
以节约能耗,降低对烧成设备的要求,并使烧成设备
的使用寿命延长;3、工艺控制简便,便于实施和应
用。

01128362.9权 利 要 求 书第1/1页 1、一种氧化铬材料的烧结方法，其特征在于在氧化铬材料试样表面埋覆一层氧化物细粉，然后在氧化物细粉层外埋覆炭粉，将它们一起装于匣钵或类型箱体中，于1500-1650℃温度下进行烧结，保温1-3小时，即成。

2、按权利要求1所述的一种氧化铬材料的烧结方法，其特征在于所述的氧化铬材料主要由C r2O3组成，其原料组分含量按重量计为： Cr2O3 80-99.5％ ZrO2 0-10％ Al2O3 0-10％。

3、按权利要求1或2所述的一种氧化铬材料的烧结方法，其特征在于所覆盖的氧化物细粉为氧化铬细粉或氧化铝细粉或矾土熟料细粉。

4、按权利要求1或2所述的一种氧化铬材料的烧结方法，其特征在于所述的氧化物细粉层厚度为0.5-3cm；所述的最外层覆盖的炭粉可为石墨或焦炭细粉，或者为二者的混合物。

5、按权利要求4所述的一种氧化铬材料的烧结方法，其特征在于试样由纯Cr2O3材料压制成型，在其表面覆盖厚度为1cm的氧化铬细粉层，在氧化铬细粉层后覆埋由石墨粉和焦碳粉相混合的炭粉中，其石墨和焦碳粉的含量按重量计各占50％，装入刚玉质匣钵中，在1550℃下保温1小时即成。

6、按权利要求3所述的一种氧化铬材料的烧结方法，其特征在于试样由高Cr2O3材料压制而成，其原料的组分按重量计为：Cr2O3 86％，ZrO2 6％，Al2O3 8％，在制品试样外覆盖厚度为1cm的氧化铬层，再覆盖石墨粉，装于匣钵中，在1550℃下保温1小时即成。

01128362.9说 明 书第1/3页
一种氧化铬材料的烧结方法
本发明涉及一种采用复合覆盖剂低温合成无反应层纯Cr2O3和高Cr2O3材料的烧结方法。

高铬耐火材料种类很多，应用非常广泛。

在这类材料中，Cr2O3-ZrO2-Al2O3材料的研究与发展备受瞩目。

纯C r2O3和高C r2O3材料主要用于玻璃行业无碱玻璃窑和化工行业的水煤浆气化炉中。

作为其内衬的热面材料。

由于煤的气化属高温高压下的反应，因而这种材料不但要耐高温，而且要求能够抵抗熔渣(含S i O2、A l2O3、M g O等)的侵蚀。

经理论分析与实验证明，高Cr2O3含量是无碱玻璃窑和气化炉炉衬材料所必须的。

因此，目前普遍采用以纯氧化铬或氧化铬为主、添加少量其它氧化物的复合耐火材料。

对于纯氧化铬或高Cr2O3复合材料的烧结，目前主要有以下几种方法：
(a)电熔法生产Cr2O3砂、高温烧成制品；
(b)控制气氛烧结；
(c)埋炭烧结；
(d)碳与Cr2O3混合制样烧结；
方法(a)是当前国内生产高Cr2O3材料的主要方法。

在此工艺过程中，电熔合成原料时生成的铬碳化合物与金属Cr始终存在于高Cr2O3砂中，导致产品性能下降、成品率不高。

而且，高温烧成过程中的能耗也十分严重。

方法(b)是大多数国外学者研究Cr2O3烧结时采用的方法。

Ownby与Junquist以CO/CO2混合气体控制烧结气氛中的氧分压，使Cr2O3的烧后密度达到理论密度的98％以上。

此外，Halloran与Anderson的等温烧结实验、Neve与Coble的Cr2O3烧结实验，也都采用控制气氛的烧结方法。

由于在实际生产过程中，烧结气氛中的氧分压难以精确控制，因而这种方法目前仅能用于实验室研究，而不能应用于工业生产。

日本学者山口明良采用埋炭烧结法(c)，给高铬材料的烧结开辟了新
途径。

将由Cr2O3细粉制成的试样埋在炭粉里，于给定温度下进行烧结，可以达到很高的烧后密度。

但是，该方法有一个重大缺陷。

在烧结过程中由于材料表面与炭接触，使得烧后的材料表面产生了难以去除的反应层。

反应层的存在不仅在材料中引入了杂质，而且使得定型制品的尺寸控制变得困难，并影响制品外观。

方法(d)是一项日本专利。

将Cr2O3细粉与炭粉按一定比例配料，均匀混合后制样，然后经高温烧成。

利用碳在高温下发生氧化反应生成二氧化碳，可以在试样内部形成还原性气氛，从而使Cr2O3烧结致密。

从原理可知，这种方法要求烧成过程处于绝对密封的高温炉中，否则就难以成功，所以，工艺控制困难，设备要求高，制作成本也较高。

本发明所要解决的技术问题是要克服上述现有技术存在的不足而提供一种工艺控制简便、设备要求较低、能耗小、适于大规模工业生产的氧化铬材料的烧结方法。

本发明为解决上述问题而提出的技术方案如下：在氧化铬材料试样表面埋覆一层氧化物细粉，然后在氧化物细粉层外埋覆炭粉，将它们一起装于匣钵或类似箱体中，于1500-1650℃温度下进行烧结，保温1-3小时即成。

按上述方案，所述的氧化铬材料主要由Cr2O3组成，其原料组分含量按重量计为：
Cr2O3 80-99.5％ ZrO2 0-10％ Al2O3 0-10％。

材料试样通常先在150Mpa以下压力下成型，然后按上述方法进行烧结；所覆盖的氧化物细粉为氧化铬细粉或氧化铝细粉或矾土熟料细粉，厚度为0.5-3cm；所述的最外层覆盖的炭粉可为石墨或焦炭细粉，或者为二者的混合物。

采用上述技术方案，本发明能在不使用外加剂的条件下，于1500-1650℃之间使氧化铬材料达到充分的烧结，并带来以下的积极效果：1、氧化物细粉层的存在使得制品试样与外层炭粉完全隔离，可以避免二者直接接触而形成反应层，这样，不仅烧结的制品表面质量好，而且相对密度高，
使本发明能适于大规模工业生产；2、采用低温烧成可以节约能耗，降低对烧成设备的要求，并使烧成设备的使用寿命延长；3、工艺控制简便，便于实施和应用。

图1为本发明烧结时覆盖层的结构图示。

以下结合附图进一步详细说明本发明的实施例。

实施例1：试样4由纯Cr 2O 3材料压制成型，在其表面覆盖厚度为1cm 的氧化铬细粉层3，在氧化铬细粉层外覆埋由石墨粉和焦碳粉相混合的炭粉2，其石墨和焦碳粉的含量按重量计各占50％，装入刚玉质匣钵1中，在1550℃下保温1小时即成。

比较例1为在氧化性气氛(空气)条件下1800℃保温3小时烧成的同种试样，它们间的相对密度和显气孔率比较见表1。

表1
实施例2：试样由高Cr 2O 3复合材料压制而成，其原料组分按重量计为：Cr 2O 3 86％，ZrO 2 6％，Al 2O 3 8％，在试样外覆盖厚度为1cm的氧化铬层，再覆盖石墨粉，装于匣钵中，在1550℃下保温1小时即成。

比较例2为同样的试样在空气条件下1650℃保温3小时烧成，它们间的相对密度比较见表2。

表2 实施例3：试样由纯Cr 2O 3压制成型，在其表面覆盖厚度为1cm 的白刚玉层，在白刚玉层外覆埋炭粉，装入匣钵中于1550℃下保温1小时烧成，其相对密度可达92％。

实施例4：试样由Cr 2O 3 93％-ZrO 2 7％(wt)压制成型，在其表面覆盖厚度为1cm 的氧化铬细粉层，在氧化铬细粉层外覆埋由石墨粉和焦碳粉相混合的炭粉，装入匣钵中于1550℃下保温1小时烧成，其相对密度可达97％。

相对密度(％)
显气孔率(％)比较例1
80.020实施例196.21
相对密度(％)
比较例2
55实施例295.6
01128362.9说 明 书 附 图第1/1页
图1。