本發(fā)明涉及耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種纖維增韌耐火材料。
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(jí)和特級(jí)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(dòng)，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(duì)于那些需要經(jīng)常進(jìn)行移動(dòng)的耐火材料制品，其較差的機(jī)械韌性則會(huì)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)明提供了一種原料配伍合理在實(shí)現(xiàn)較高的耐火性能和較優(yōu)斷裂韌性等性能前提下盡量降低成本的纖維增韌耐火材料。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種纖維增韌耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鎂40份，氧化鈣85～95份，增韌纖維5～7份，造粒粘結(jié)劑1～3份，成型粘結(jié)劑0.5～1.0份。
在耐火材料中，白云石系耐火材料是一類重要的耐火材料。氧化鎂和氧化鈣在一定比例混合并經(jīng)燒結(jié)后可以獲得白云石質(zhì)的耐火材料，當(dāng)氧化鎂與氧化鈣摩爾比為0.25：0.75左右是能夠生成最多的白云石相，具有最好的耐火性能，氧化鎂與氧化鈣兩種組分中，氧化鈣的成本更加的低廉，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)添加更多的氧化鈣可以盡量降低成本，但是氧化鈣的含量過高后生成的穩(wěn)定的白云石相會(huì)急劇的減少，所制得的耐火材料的耐火度也會(huì)相應(yīng)的大幅下降，因此將氧化鎂與氧化鈣的摩爾比定位0.3：0.7左右，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣可以實(shí)現(xiàn)既能盡可能的降低成本，也能保證耐火度在可接受范圍之內(nèi)。
作為優(yōu)選，氧化鎂和氧化鈣的粒徑為4000～5000目。
作為優(yōu)選，造粒粘結(jié)劑為5wt%的聚偏氟乙烯n-甲基吡咯烷酮溶液。
作為優(yōu)選，成型粘結(jié)劑為7wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液。
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，聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液是指將聚乙烯吡咯烷酮溶于乙醇中獲得的溶液。
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(duì)粉體產(chǎn)生較長(zhǎng)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(duì)更高的熔點(diǎn)，相對(duì)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(duì)制得耐火材料力學(xué)性能的影響。
本發(fā)明中的造粒粘結(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)，為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，而且常用的聚乙烯吡咯烷酮溶液即可滿足要求。
作為優(yōu)選，增韌纖維為中空醋酯纖維，其長(zhǎng)度為10～20微米。
醋酯纖維是一種由纖維素為原料，經(jīng)化學(xué)成法轉(zhuǎn)化成醋酸纖維素酯制成的化學(xué)纖維，具有較高的碳含量，經(jīng)還原性氣氛高溫反應(yīng)后能夠獲得優(yōu)良的碳纖維；在醋酯纖維的制備過程中往往會(huì)添加0.5wt%的二氧化鈦?zhàn)鳛橄鈩?。因此，醋酯纖維具有以下兩個(gè)特點(diǎn)，1.具有較高的碳含量，經(jīng)過還原性氣氛高溫反應(yīng)后能夠生成優(yōu)良的碳纖維，2.醋酯纖維中含有0.5wt%二氧化鈦，經(jīng)過還原性氣氛高溫煅燒后，二氧化鈦會(huì)在一定范圍內(nèi)富集，并進(jìn)行生長(zhǎng)，最后經(jīng)還原性氣氛高溫處理過的醋酯纖維能夠變成一種表面具有微小二氧化鈦支叉的碳纖維，雖然這些二氧化鈦支叉相對(duì)于碳纖維的直徑而言較短，但是其也增加了碳纖維的表面積，增加了碳纖維與耐火材料粉體之間的結(jié)合能力。中空的醋酯纖維在經(jīng)過還原性氣氛高溫處理后，相應(yīng)的會(huì)形成一種具有中空管道結(jié)構(gòu)的碳纖維管，其內(nèi)壁和外表面也會(huì)相應(yīng)的生成二氧化鈦支叉，提高中空碳纖維的比表面積，也大大的增加中空碳纖維與其他耐火材料粉體之間的結(jié)合能力，在耐火材料燒結(jié)過程中，能夠降低耐火材料的燒結(jié)難度，同時(shí)作為一種纖維，具有相應(yīng)的增韌想過，也能夠增加耐火材料的斷裂韌性。
選用長(zhǎng)度為10～20微米，長(zhǎng)度較短的醋酯纖維，能夠?qū)⒛突鸩牧戏垠w更好的結(jié)合在一起，在經(jīng)高溫反應(yīng)后能夠生成長(zhǎng)徑比叫小的碳纖維，生成的帶有二氧化鈦支叉的中空碳纖維管，均勻的分布在耐火材料中，能夠?qū)⒛突鸩牧暇o密的連接在一起，在耐火材料使用過程中出現(xiàn)裂紋，也能及時(shí)阻斷裂紋的傳播，保證耐火材料不會(huì)發(fā)生斷裂。
因此，本發(fā)明具有以下有益效果：
（1）本發(fā)明中的耐火材料原料配比合理，既能實(shí)現(xiàn)具有較高的耐火性能，同時(shí)也能適當(dāng)?shù)慕档统杀荆?/p>
（2）本發(fā)明中纖維增韌的耐火材料具有較高的斷裂韌性，具有更好的抗機(jī)械沖擊的性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)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?；诒景l(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(dòng)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
一種纖維增韌耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鎂40份，氧化鈣85份，增韌纖維5份，造粒粘結(jié)劑1份，成型粘結(jié)劑0.5份；氧化鎂和氧化鈣的粒徑為4000目，造粒粘結(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7wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液，增韌纖維為中空醋酯纖維，其長(zhǎng)度為10微米；
將上述原料混合均勻成型并在1800℃還原性氣氛中燒結(jié)8小時(shí)制得纖維增韌耐火材料。
實(shí)施例2
一種纖維增韌耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鎂40份，氧化鈣88份，增韌纖維6份，造粒粘結(jié)劑1.5份，成型粘結(jié)劑1.0份；氧化鎂和氧化鈣的粒徑為4500目，造粒粘結(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7wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液，增韌纖維為中空醋酯纖維，其長(zhǎng)度為15微米；
將上述原料混合均勻成型并在1800℃還原性氣氛中燒結(jié)8小時(shí)制得纖維增韌耐火材料。
實(shí)施例3
一種纖維增韌耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鎂40份，氧化鈣90份，增韌纖維6份，造粒粘結(jié)劑2份，成型粘結(jié)劑0.75份；氧化鎂和氧化鈣的粒徑為4500目，造粒粘結(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7wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液，增韌纖維為中空醋酯纖維，其長(zhǎng)度為15微米；
將上述原料混合均勻成型并在1800℃還原性氣氛中燒結(jié)8小時(shí)制得纖維增韌耐火材料。
實(shí)施例4
一種纖維增韌耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鎂40份，氧化鈣93份，增韌纖維6份，造粒粘結(jié)劑2.5份，成型粘結(jié)劑0.5份；氧化鎂和氧化鈣的粒徑為4500目，造粒粘結(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7wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液，增韌纖維為中空醋酯纖維，其長(zhǎng)度為15微米；
將上述原料混合均勻成型并在1800℃還原性氣氛中燒結(jié)8小時(shí)制得纖維增韌耐火材料。
實(shí)施例5
一種纖維增韌耐火材料，主要由以下重量份的原料制得：
氧化鎂40份，氧化鈣95份，增韌纖維7份，造粒粘結(jié)劑3份，成型粘結(jié)劑1.0份；氧化鎂和氧化鈣的粒徑為5000目，造粒粘結(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7wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液，增韌纖維為中空醋酯纖維，其長(zhǎng)度為20微米；
將上述原料混合均勻成型并在1800℃還原性氣氛中燒結(jié)8小時(shí)制得纖維增韌耐火材料。
效果測(cè)試：
將上述實(shí)施例中的纖維增韌耐火材料進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試；
耐火度測(cè)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(cè)試。
測(cè)試效果：
1.耐火度≥1960℃，最大使用溫度≥1900℃；
2.顯氣孔率≤4%；
3.常溫耐壓強(qiáng)度≥125mpa；
4.荷重軟化溫度≥1920℃；
5.斷裂韌性≥2.0mpa·m1/2。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)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。