阅读说明：本技术 一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套及其制备方法 (Corundum-mullite platinum crucible protection bushing and preparation method thereof ) 是由 唐冰杰 薛新建 仵小曦 郭荒 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套及其制备方法,保护衬套包括骨料、基质和添加剂；骨料包括莫来石40～50份、钛铝酸钙空心球10～30份,基质包括刚玉细粉10～30份、α-活性氧化铝微粉5～10份、铝酸盐水泥1～5份；添加剂包括减水剂,减水剂占骨料和基质总质量的0.1％～0.7％。在制备保护衬套时,包括步骤1,将钛铝酸钙空心球、骨料和添加剂混合均匀,再与莫来石混合均匀,向混合物中加入水后搅拌,直到呈花瓣状,得到浇注料；步骤3,在振动下添加至模具中,使表面平整、无气泡上浮且无密水现象；步骤4,自然养护后脱模,干燥后烧成,制得的保护衬套具有耐高温、热震稳定性好、使用寿命长的特点。(The invention relates to a corundum mullite platinum crucible protection bushing and a preparation method thereof, wherein the protection bushing comprises aggregate, a matrix and an additive; the aggregate comprises 40-50 parts of mullite and 10-30 parts of calcium titanoaluminate hollow spheres, and the matrix comprises 10-30 parts of corundum fine powder, 5-10 parts of alpha-activated alumina micro powder and 1-5 parts of aluminate cement; the additive comprises a water reducing agent, and the water reducing agent accounts for 0.1-0.7% of the total mass of the aggregate and the matrix. When the protective lining is prepared, the method comprises the following steps of 1, uniformly mixing the calcium titanium aluminate hollow spheres, the aggregate and the additive, uniformly mixing the mixture with mullite, adding water into the mixture, and stirring until the mixture is petal-shaped to obtain a castable; step 3, adding the mixture into a mold under vibration to enable the surface to be flat without bubbles floating upward and without dense water; and 4, demolding after natural curing, drying and sintering, wherein the prepared protective lining has the characteristics of high temperature resistance, good thermal shock stability and long service life.)

一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体为一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套及其制备方法。

背景技术

目前硅酸盐玻璃料方开发实验中用到的坩埚主要包括普通陶瓷坩埚、刚玉坩埚、石墨坩埚以及铂金坩埚等，其中陶瓷坩埚价格低但只能在中低温条件下使用，一般小于1450℃左右，长时间使用会开裂；刚玉坩埚可进行高温熔制，承受温度较陶瓷坩埚提高约200℃左右。对于玻璃熔制工作，陶瓷坩埚或者刚玉坩埚极易与玻璃发生共熔，样品不好取出，坩埚使用寿命一般只有一次；石墨坩埚虽基本不与玻璃反应，但是玻璃熔制大多都是氧化气氛，选择石墨坩埚需要通保护气氛，且长时间熔制会使得坩埚中的碳成分熔进玻璃中，从而影响玻璃透明度；前三种坩埚可作为小型实验研究选用，消耗大，价格也相对较低。相比于前三种坩埚，铂金坩埚因为其熔点高(1773.5℃)、表面光洁、壁厚均匀、温场易于控制、使用寿命长等特点而被企业或高校广泛使用。

虽然铂金坩埚价格贵，但热导率高(71.4W/mK)、降温快，这就导致了高温下熔融玻璃出料时的粘度大而加大了出料难度，且铂金质软易变形，取用时不易操作，但其为可持续熔制玻璃提供了必要条件。因此很有必要制备一种铂金坩埚的保护衬套，一是起到保温的作用，二是保护铂金坩埚。

当前铂金坩埚的保护衬套主要是莫来石质耐火材料，而现用的莫来石质衬套存在抗热震性能差、易开裂、易剥落，最终导致使用寿命短的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套及其制备方法，制得的保护衬套具有耐高温、热震稳定性好、使用寿命长的特点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套，包括骨料、基质和添加剂；

按质量份数计，所述的骨料包括莫来石40～50份、钛铝酸钙空心球10～30份，所述的基质包括刚玉细粉10～30份、α-活性氧化铝微粉5～10份、铝酸盐水泥1～5份；

所述的添加剂包括减水剂，减水剂占骨料和基质总质量的0.1％～0.7％。

优选的，所述的基质还包括不大于5份的硅微粉。

优选的，所述的铝酸盐水泥为Secar71水泥。

优选的，所述的减水剂为聚羧酸类复合减水剂、六偏磷酸钠或聚羧酸类复合减水剂和六偏磷酸钠的混合物。

一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的制备方法，基于上述任意一项所述的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套，包括如下步骤，

步骤1，将钛铝酸钙空心球、骨料和添加剂混合均匀，得到初始的浇注料；

步骤2，将初始的浇注料与莫来石混合均匀后得到混合物，向混合物中加入水后搅拌，直到所得的混合体系呈花瓣状，得到最终的浇注料；

步骤3，在振动的条件下将最终的浇注料添加至所述铂金坩埚保护衬套对应的模具中，使最终的浇注料的表面平整、无气泡上浮且无密水现象，得到待养护的试样；

步骤4，将待养护的试样自然养护20～30h后脱模，得到初步形成的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套；

步骤5，将步骤4得到的保护衬套干燥后烧成，得到刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套。

再进一步，步骤2中，水占初始的浇注料和莫来石总质量的3％～5％。

再进一步，步骤3在所述的模具中添加最终的浇注料时，先在该模具的内壁刷一层油。

再进一步，步骤5中，将步骤4得到的保护衬套在90～110℃下干燥12～36h。

再进一步，步骤5中，将步骤4得到的保护衬套干燥后在1400～1650℃烧成1～6h。

一种由上述任意一项所述的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的制备方法得到的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的刚玉莫来石质保护衬套，通过将莫来石的具体含量设计为质量百分比为40％～50％，这样可以提供一定含量的Al₂O₃，而有利于控制原料的体积密度；引入的钛铝酸钙空心球是一种优良的耐火保温隔热材料，质量百分比为10％～30％的钛铝酸钙空心球可以降低保护衬套的热导率，增强保温效果；刚玉细粉是作为配合使用的基质原料，也是主要原料，质量百分比为10％～30％的刚玉细粉、质量百分比为5％～10％的α-活性氧化铝微粉均可以填充在骨料莫来石和钛铝酸钙空心球之间的空隙中，经过高温煅烧发生固相反应后有利于提高浇注料的体积密度；质量百分比为1％～5％的铝酸盐水泥作为结合剂使用可以将各原料组分结合在一起，也可加快浇注料的凝固；减水剂占这些主料总质量的0.1％～0.7％，可以降低原料组分颗粒的界面能，破坏离子的凝聚作用，提高浇注料的流动性，易于浇注时样品成型，也可减少浇注料所需的用水量；因此刚玉细粉与莫来石形成的刚玉莫来石具有耐高温、高温强度高的特性，最终得到的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的体积密度大、显气孔率低、线收缩率大、耐压强度高，因而具有热震稳定性好、使用寿命长的优点。

进一步的，不大于5份的硅微粉可以提高体积密度，同时也有减水剂的作用，减少了用水量，改善拌合物的流动性。

本发明的刚玉莫来石质保护衬套的制备方法，通过将40～50份的莫来石，10～30份的钛铝酸钙空心球，10～30份的刚玉细粉，10～30份的α-活性氧化铝微粉，1～5份的铝酸盐水泥和占这些原料总质量的0.1％～0.7％的减水剂混合均匀后加入水后可得到呈花瓣状的浇注料，它具有一定的流动性，之后经过振动成型、自然养护、干燥和烧成，经过高温煅烧发生固相反应后可得到刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套，因此该铂金坩埚保护衬套具有耐高温、高温强度高、热震稳定性好和使用寿命长等优点，可广泛应用于高温耐火行业。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套及其制备方法，所述的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套，按质量百分比计，原料包括：以40％～50％的莫来石(粒径为0～5mm)、10％～30％的钛铝酸钙空心球(粒径为0～1mm)、10％～30％的刚玉细粉(粒径为0～1mm)、5％～10％的α-活性氧化铝微粉、0％～5％的硅微粉以及1％～5％的铝酸盐水泥为原料，外加原料为上述主料总质量0.1％～0.7％的减水剂。

其中，铝酸盐水泥为Secar71水泥。

减水剂为聚羧酸类复合减水剂与六偏磷酸钠的一种或者混合料。

所述的刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的制备方法，将原料混匀后，加入质量分数为3％～5％的水搅拌均匀，浇注振动成型，制得刚玉莫来石质保护衬套，具体制备方法包括以下步骤，

步骤1，基质预混合，

将钛铝酸钙空心球、刚玉细粉、α-活性氧化铝微粉、硅微粉、铝酸盐水泥以及减水剂分别按比例准确称量，然后倒入三维混合机中(型号不限)混合25～35min，无先后顺序要求，待混匀后备用；

步骤2，形成浇注料，

将莫来石颗粒与步骤1中预混均匀的基质倒入搅拌锅中，利用净浆搅拌机(型号不限)混合均匀，然后少量多次，可视情况而定，这样容易混匀而已，一边搅拌一边外加原料质量分数3％～5％的水继续混合，待原料均匀的贴在搅拌锅壁上，呈现花瓣状，一般选择设备的低速档位即可，搅拌的速率为135～145rpm，搅拌时间为3～18min，因为时间越长，形状也就会不断地发生变化，此时停止搅拌，混合料不但可以具有一定的流动性，且在振动成型过程过不易发生密水现象；

步骤3，振动成型，

将内部涂有油的成型模具置于水泥胶砂振动台上(型号不限)固定好，然后将步骤2中的浇注料逐渐添加至铂金坩埚保护衬套对应的模具中，边振动边添加，待加满模具后继续振动至浇注料表面平整、无气泡上浮，且无密水现象，此时浇注料里的水会上浮；模具涂油以方便脱模进行，刷一层就行，这样的油量不至于影响实验，常见的油均可；

步骤4，自然养护，

将步骤3中振动成型好的保护衬套试样，带模具自然养护20～30h后脱模，将模具清洗干净，涂油养护；

步骤5，干燥，

将步骤4中的保护衬套试样放入真空干燥箱中于90～110℃下干燥12～36h；

步骤6，烧成，

将步骤5中干燥后的试样放入马弗炉中于1400℃～1650℃进行烧成，升温至目标温度后保温1～6h，升温速率可设为2～10℃/min。

实施例1

按原料质量百分比组成称量备料：以50％的莫来石、10％的钛铝酸钙空心球、30％的刚玉细粉、5％的α-活性氧化铝微粉以及5％的Secar71水泥为原料，外加原料总质量0.5％的聚羧酸类复合减水剂。

刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的制备方法，具体包括以下步骤，

步骤1，基质预混合，

将钛铝酸钙空心球、刚玉细粉、α-活性氧化铝微粉、Secar71水泥以及聚羧酸类复合减水剂倒入三维混合机中(型号不限)混合30min，无先后顺序要求，待混匀后备用；

步骤2，形成浇注料，

将莫来石颗粒与预混均匀的基质倒入搅拌锅中，利用净浆搅拌机(型号不限)混合均匀，然后少量多次、一边搅拌一边外加原料质量分数5％的水继续混合，待原料均匀的贴在搅拌锅壁上，呈现花瓣状，此时停止搅拌，混合料具有一定的流动性；

步骤3，振动成型，

将内部涂有油的成型模具置于胶砂振动台上(型号不限)固定好，然后将混匀的浇注料逐渐添加至模具中(边振动变添加)，待加满模具后继续振动至浇注料表面平整、无气泡上浮，且无密水现象；模具涂油以方便脱模进行，油量不至于影响实验；

步骤4，自然养护，将振动成型好的保护衬套试样，带模具自然养护24h后脱模，将模具清洗干净，涂油养护；

步骤5，干燥，

将脱模后保护衬套试样放入真空干燥箱中于110℃下干燥24h；

步骤6，烧成，

将干燥后的试样放入马弗炉中于1600℃进行烧成，升温至目标温度后保温3h，升温速率为5℃/min。

实施例2

按原料质量百分比组成称量备料：以50％的莫来石、20％的钛铝酸钙空心球、10％的刚玉细粉、10％的α-活性氧化铝微粉、5％的硅微粉以及5％的Secar71水泥为原料，外加原料总质量0.5％的聚羧酸类复合减水剂。制备方法与实施例1相同。

实施例3

按原料质量百分比组成称量备料：以40％的莫来石、30％的钛铝酸钙空心球、20％的刚玉细粉、5％的α-活性氧化铝微粉，5％的Secar71水泥为原料，外加原料总质量0.5％的聚羧酸类复合减水剂。制备方法与实施例1相同。

实施例4

按原料质量百分比组成称量备料：以45％的莫来石、15％的钛铝酸钙空心球、15％的刚玉细粉、6％的α-活性氧化铝微粉、1％的硅微粉以及3％的Secar71水泥为原料，外加原料总质量0.1％的六偏磷酸钠。

刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的制备方法，具体包括以下步骤，

步骤1，基质预混合，

将钛铝酸钙空心球、刚玉细粉、α-活性氧化铝微粉、Secar71水泥以及聚羧酸类复合减水剂倒入三维混合机中(型号不限)混合30min，无先后顺序要求，待混匀后备用；

步骤2，形成浇注料，

将莫来石颗粒与预混均匀的基质倒入搅拌锅中，利用净浆搅拌机(型号不限)混合均匀，然后少量多次、一边搅拌一边外加原料质量分数3％的水继续混合，待原料均匀的贴在搅拌锅壁上，呈现花瓣状，此时停止搅拌，混合料具有一定的流动性；

步骤3，振动成型，

将内部涂有油的成型模具置于胶砂振动台上(型号不限)固定好，然后将混匀的浇注料逐渐添加至模具中(边振动变添加)，待加满模具后继续振动至浇注料表面平整、无气泡上浮，且无密水现象；模具涂油以方便脱模进行，油量不至于影响实验；

步骤4，自然养护，将振动成型好的保护衬套试样，带模具自然养护20h后脱模，将模具清洗干净，涂油养护；

步骤5，干燥，

将脱模后保护衬套试样放入真空干燥箱中于90℃下干燥36h；

步骤6，烧成，

将干燥后的试样放入马弗炉中于1400℃进行烧成，升温至目标温度后保温6h，升温速率为10℃/min。

实施例5

按原料质量百分比组成称量备料：以48％的莫来石、25％的钛铝酸钙空心球、25％的刚玉细粉、8％的α-活性氧化铝微粉、3％的硅微粉以及1％的Secar71水泥为原料，外加原料总质量0.7％的聚羧酸类复合减水剂和六偏磷酸钠的混合料，聚羧酸类复合减水剂和六偏磷酸钠的比例为1:1。

刚玉莫来石质铂金坩埚保护衬套的制备方法，具体包括以下步骤，

步骤1，基质预混合，

将钛铝酸钙空心球、刚玉细粉、α-活性氧化铝微粉、Secar71水泥以及聚羧酸类复合减水剂倒入三维混合机中(型号不限)混合30min，无先后顺序要求，待混匀后备用；

步骤2，形成浇注料，

将莫来石颗粒与预混均匀的基质倒入搅拌锅中，利用净浆搅拌机(型号不限)混合均匀，然后少量多次、一边搅拌一边外加原料质量分数4％的水继续混合，待原料均匀的贴在搅拌锅壁上，呈现花瓣状，此时停止搅拌，混合料具有一定的流动性；

步骤3，振动成型，

将内部涂有油的成型模具置于胶砂振动台上(型号不限)固定好，然后将混匀的浇注料逐渐添加至模具中(边振动变添加)，待加满模具后继续振动至浇注料表面平整、无气泡上浮，且无密水现象；模具涂油以方便脱模进行，油量不至于影响实验；

步骤4，自然养护，将振动成型好的保护衬套试样，带模具自然养护30h后脱模，将模具清洗干净，涂油养护；

步骤5，干燥，

将脱模后保护衬套试样放入真空干燥箱中于100℃下干燥12h；

步骤6，烧成，

将干燥后的试样放入马弗炉中于1650℃进行烧成，升温至目标温度后保温1h，升温速率为2℃/min。

实施例1～实施例3所得坩埚的性能参数见表1。

表1实施例所得坩埚衬套的性能参数

基于体积密度、显气孔率、线收缩率和耐压强度这四组数据可以得出，使用该发明专利用的原料颗粒级配及成型方式可提高坩埚保护衬套的抗热震性，最终避免了易开裂、易剥落，达到了延长保护衬套使用寿命的效果。