CN101386542B - 一种SiC耐火材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SiC耐火材料及其生产方法，它是将三种不同粒度的碳化硅与二氧化硅微粉、结晶硅粉、金属钛粉、粘结剂和水按比例混匀后困料24～48小时，振动压制成型，成型后的坯体自然干燥24小时，在110℃下干燥4～24小时，然后在1350～1550℃温度下保温煅烧2～8小时。本发明以金属Si粉和Ti粉为原料，利用金属的延展性，提高材料的成型性能及成型后坯体的强度，减少搬运过程中的破损率。同时材料在烧成的过程中，由于金属优先氧化，从而提高SiC的抗氧化性能。本发明所得到的SiO2结合碳化硅耐火材料具有良好的使用性能。

Description

一种SiC耐火材料及其生产方法
技术领域
本发明涉及耐火材料，尤其涉及用于陶瓷行业窑具的SiC耐火材料。
背景技术
SiC耐火材料是用以烧成陶瓷的特种窑具材料。它具有优良的高温性能，能烧成高质量的陶瓷制品。但是SiC是共价键化合物，它很难被烧结，要作为耐火窑具使用，必须采用结合剂结合。一般将其按结合剂类型分为氧化物结合碳化硅、氮化物结合碳化硅、重结晶碳化硅等。其中氮化物结合碳化硅和重结晶碳化硅材料的使用性能比较好，但工艺复杂，生产成本高。与本发明有关的是氧化物结合碳化硅耐火材料。
中国专利(申请号：93111660.0，公开号：CN1099017A)公开了一种以粘土结合的碳化硅耐火材料，此种材料在高温下液相比较多，且温度越高液相粘度越小，使得材料的机械强度和抗氧化性能随着温度的升高而降低。因此，粘土结合的SiC窑具使用寿命和使用温度都受到限制。
硅微粉是硅铁电炉冶炼过程中产生的一种粉尘，其主要成分为SiO2，由于微粉粒子超细，活性高，在高温下能促进窑具材料烧结，可以做为SiC窑具耐火材料的结合剂。但由于硅微粉为无定性态，在高温下会析晶，析出晶相为α—方石英，其结构疏松，同时晶型转变时伴随较大的体积效应，影响窑具质量，目前解决的办法是加入矿化剂，促使生成的α—方石英转变为α—磷石英。但矿化剂的加入使得SiC材料在烧成时会有低熔物产生，导致SiC材料在使用中易产生开裂及高温抗弯强度下降。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种机械强度高、抗氧化性能好、成本低的SiO2结合SiC耐火材料及其生产方法。
为实现上述目的，本发明碳化硅耐火材料是由以下重量份的物质均匀混合、压制成型、煅烧而成的：
8～20目碳化硅20～40份，36～80目碳化硅25～45份，小于240目的碳化硅20～30份、二氧化硅微粉0.5～9份、结晶硅粉0.5～7份、金属钛粉0.1～8份、粘结剂0.1～3份和水2～7份。
所述的二氧化硅微粉、结晶硅粉和金属钛粉的粒径小于88μm；
所述的碳化硅的纯度大于97％。
所述的粘结剂为糊精或CMC(羧甲基纤维素)。
为了进一步提高碳化硅耐火材料的性能，所述的小于240目的碳化硅是绿色碳化硅，8～20目和36～80目的碳化硅是黑色碳化硅或绿色碳化硅。
本发明碳化硅耐火材料的制作方法步骤如下：
将上述物质混匀后困料24-48小时，振动压制成型，成型后的坯体自然干燥24小时，在110℃下干燥4～24小时，然后在1350～1550℃温度下保温煅烧2～8小时。
本发明碳化硅耐火材料主要用于制作窑具，如用于制作棚板、支柱等
由于本发明以金属Si粉和Ti粉为原料，利用金属的延展性，提高材料的成型性能及成型后坯体的强度，减少搬运过程中的破损率。同时材料在烧成的过程中，由于金属优先氧化，从而提高SiC的抗氧化性能，且金属在高温下熔融后，有助于硅微粉析晶后形成的α—方石英转变为α—磷石英。故所得到的SiO2结合碳化硅耐火材料具有良好的使用性能。
本发明碳化硅耐火材料的各项技术指标按照国家标准经过检验，材料成型后的抗折强度为5～7MPa，烧后材料的体积密度达到2.6～2.7g/cm3，在1450℃下材料的高温抗折强度可以达到35～45MPa，在1100℃水冷条件下材料的热震稳定次数可以达到150次以上。从检测结果可以看出，本发明碳化硅耐火材料的成型强度高、高温强度和热震稳定性好，且生产成本与氮化物结合和重结晶结合碳化硅耐火材料相比降低20％～30％。
具体实施方式
实施例1
按重量份数将30份的粒度为8～20目绿碳化硅、37份的粒度为36～80目绿碳化硅、26份的粒度小于240目的绿色碳化硅、2.5份的二氧化硅微粉、2.5份的结晶硅粉、2份的金属钛粉混合均匀，外加4份的浓度为20％的糊精溶液和4份的水搅拌均匀后，困料24小时，将困料好的物料称重后放入模具中成型，成型时采用振动压制成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度下煅烧，保温时间为6小时。可得到容重在2.69g/cm3、显气孔率在13.5％的碳化硅耐火材料。
实施例2
按重量份数将30份的粒度为8～20目绿碳化硅、37份的粒度为36～80目绿碳化硅、23.5份的粒度小于240目的绿色碳化硅、5份的二氧化硅微粉、2.5份的结晶硅粉、2份的金属钛粉混合均匀，外加4份的浓度为20％的糊精溶液和4份的水搅拌均匀后，困料24小时，将困料好的物料称重后放入模具中成型，成型时采用振动压制成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度下烧成，保温时间为6小时。可得到容重在2.63g/cm3、显气孔率在15％的碳化硅耐火材料。
实施例3
按重量份数将30份的粒度为8～20目的黑色致密碳化硅、37份％的粒度为36～80目的黑色致密碳化硅、26份的粒度小于240目的绿色碳化硅、2.5份的二氧化硅微粉、2.5份的结晶硅粉、2份的金属钛粉混合均匀，外加4份的羧甲基纤维素饱和溶液和4.5份的水搅拌均匀后，困料48小时，经振动压制成型。在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度下烧成，保温时间为6小时。可得到容重在2.57g/cm3、显气孔率在16.5％的碳化硅耐火材料。
实施例4
按重量份数将30份的粒度为8～20目的黑色致密碳化硅、37份的粒度为36～80目的黑色致密碳化硅、23.5份的粒度小于240目的绿色碳化硅、5份的二氧化硅微粉、2.5份的结晶硅粉、2份的金属钛粉混合均匀，外加4份的羧甲基纤维素饱和溶液和4.5份的水搅拌均匀后，困料48小时，经振动压制成型。在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度下烧成，保温时间为6小时。可得到容重在2.55g/cm3、显气孔率在17％的碳化硅耐火材料。
实施例5
按重量份数将30份的粒度为8～20目绿碳化硅、35份的粒度为36～80目绿碳化硅、26份的粒度小于240目的绿色碳化硅、2.5份的二氧化硅微粉、2.5份的结晶硅粉、2份的金属钛粉混合均匀，外加2份的浓度为20％的糊精溶液和3.5份的水搅拌均匀后，困料24小时，将困料好的物料称重后放入模具中成型，成型时采用振动压制成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃保温温度煅烧6小时。可得到容重在2.60g/cm3、显气孔率在13.9％的碳化硅耐火材料。
实施例6
按重量份数将25份的粒度为8～20目绿碳化硅、45份的粒度为36～80目绿碳化硅、23份的粒度小于240目的绿色碳化硅、8份的二氧化硅微粉、0.5份的结晶硅粉、2份的金属钛粉和适量水混合均匀，外加0.1份的浓度为20％的糊精溶液和6份水搅拌均匀后，困料24小时，将困料好的物料称重后放入模具中成型，成型时采用振动压制成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度下保温煅烧6小时。可得到容重在2.59g/cm3、显气孔率在14％的碳化硅耐火材料。
实施例7
按重量份数将40份的粒度为8～20目的黑色致密碳化硅、25份％的粒度为36～80目的黑色致密碳化硅、30份的粒度小于240目的绿色碳化硅、0.5份的二氧化硅微粉、9份的结晶硅粉、0.1份的金属钛粉，外加3份的羧甲基纤维素饱和溶液和5份水水搅拌均匀后，困料48小时，经振动压制成型。在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度保温煅烧6小时。可得到容重在2.61g/cm3、显气孔率在15.5％的碳化硅耐火材料。
实施例8
按重量份数将20份的粒度为8～20目的黑色致密碳化硅、30份的粒度为36～80目的黑色致密碳化硅、28份的粒度小于240目的绿色碳化硅、5份的二氧化硅微粉、6份的结晶硅粉、8份的金属钛粉，外加1份的羧甲基纤维素饱和溶液和7份水搅拌均匀后，困料48小时，经振动压制成型。在空气中自然干燥24小时，在110℃下干燥24小时，然后在1450℃温度下保温煅烧6小时。可得到容重在2.56g/cm3、显气孔率在16％的碳化硅耐火材料。

Claims (4)

1.一种SiC耐火材料，其特征在于，它由以下重量份的物质均匀混合、压制成型、煅烧而成的：
8～20目碳化硅20～40份，36～80目碳化硅25～45份，小于240目的碳化硅20～30份、二氧化硅微粉0.5～9份、结晶硅粉0.5～7份、金属钛粉0.1～8份、粘结剂0.1～3份和水2～7份；
所述的二氧化硅微粉、结晶硅粉和金属钛粉的粒径小于88μm；
所述的碳化硅的纯度大于97％；
所述的粘结剂为糊精或羧甲基纤维素；
将上述物质混匀后困料24-48小时，振动压制成型，成型后的坯体自然干燥24小时，在110℃下干燥4～24小时，然后在1350～1550℃温度下保温煅烧2～8小时；
材料成型后的抗折强度为5～7MPa，烧后材料的体积密度达到2.6～2.7g/cm3，在1450℃下材料的高温抗折强度达到35～45MPa，在1100℃水冷条件下材料的热震稳定次数达到150次以上。
2.如权利要求1所述的SiC耐火材料，其特征在于，所述的小于240目的碳化硅是绿色碳化硅，8～20目的碳化硅和36～80目的碳化硅分别为黑色碳化硅或绿色碳化硅。
3.一种SiC耐火材料的生产方法，其特征在于，它是将8～20目碳化硅20～40份，36～80目碳化硅25～45份，小于240目的碳化硅20～30份、二氧化硅微粉0.5～9份、结晶硅粉0.5～7份、金属钛粉0.1～8份、粘结剂0.1～3份和水2～7份混匀后困料24～48小时，振动压制成型，成型后的坯体自然干燥24小时，在110℃下干燥4～24小时，然后在1350～1550℃温度下保温煅烧2～8小时；
所述的二氧化硅微粉、结晶硅粉和金属钛粉的粒径小于88μm；
所述的碳化硅的纯度大于97％；
所述的粘结剂为糊精或羧甲基纤维素；
上述份数均指重量份数。
4.如权利要求3所述的SiC耐火材料的生产方法，其特征在于，所述的的小于240目的碳化硅是绿色碳化硅，8～20目的碳化硅和36～80目的碳化硅分别为黑色碳化硅或绿色碳化硅。
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