CN101423404A

CN101423404A - 一种Al4SiC4/SiC复合耐火材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101423404A
Application number: CNA2008101977418A
Authority: CN
Inventors: 邓承继; 祝洪喜; 白晨
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: CN101423404B

Abstract

本发明涉及一种Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将50～65wt％的粘土和35～50wt％的工业炭粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1600～1800℃×2～6小时条件下烧结，自然冷却后制得Al₄SiC₄/SiC复合材料。本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命，适于有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。

Description

一种Al4SiC4/SiC复合耐火材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合耐火材料技术领域。尤其涉及一种Al₄SiC₄/SiC复合材料及其制备方法。

背景技术

Al₄SiC₄/SiC复合材料具有优良的耐高温性能和热稳定性能，是制备有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料的原料，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，取代氧化铝—碳质和高铝矾土—碳质复合耐火材料，有利于提高钢的质量，具有良好的使用效果。

碳硅化铝(Al₄SiC₄)具有高熔点(大约2037℃)、高强度、高化学稳定性、低热膨胀系数以及优异的抗氧化和抗水化性能，是一种高温结构材料和高性能耐火材料。目前国内外合成Al₄SiC₄材料的主要方法是金属Al粉、Si粉和C粉或Al、SiC和C粉或Al₄C₃和SiC粉在1600～1700℃高温反应生成，但相应的成本比较高，很难实现生产的工业化。

发明内容

本发明的任务是提供一种原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的制备方法。用该方法制备的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的性能优良和使用寿命延长。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：先将50～65wt％的粘土和35～50wt％的工业炭粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1600～1800℃×2～6小时条件下烧结，自然冷却后制得Al₄SiC₄/SiC复合材料。

其中：粘土的SiO₂含量≥40wt％，粒径为0.1～0mm；工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；结合剂或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上，或为酚醛树脂。

由于采用上述技术方案，本发明所采用的工业炭粉和粘土来源广泛，复合材料中的Al₄SiC₄/SiC是在材料内部由粘土和C反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。Al₄SiC₄和SiC不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温下部分Al₄SiC₄和SiC氧化变成气态SiO迁移到材料的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的SiO₂，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬体材料表层致密化，阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。

因此，本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命。本发明适于有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料及其制备方法，先将50～55wt％的SiO₂含量≥40wt％和粒径为0.1～0mm的粘土、45～50wt％的C含量≥80％和粒径为0.1～0mm的工业炭粉混合，外加上述混合物3～7wt％的结合剂，搅拌10～20分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和在1600～1700℃×5～6小时条件下烧结合成。经自然冷却后制得Al₄SiC₄/SiC复合材料。

其中：结合剂为木质素磺酸钙和木质素磺酸钠的混合剂，先溶化成水溶液后再用于配料。

实施例2

一种Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料及其制备方法，除结合剂为工业糊精粉外，其余同实施例1。

实施例3

一种Al₄SiC₄/SiC复合材料及其制备方法，先将55～60wt％的SiO₂含量≥40wt％和粒径为0.1～0mm的粘土、40～45wt％的C含量≥80wt％和粒径为0.1～0mm的工业炭粉混合，外加上述混合物3～7wt％的酚醛树脂，搅拌混合5～20分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时；然后在氩气气氛下和在1650～1750℃×4～5小时条件下烧结，经自然冷却后制得Al₄SiC₄/SiC复合材料。

实施例4

一种Al₄SiC₄/SiC复合材料及其制备方法，除结合剂为聚乙烯醇外，其余同实施例3。

实施例5

一种Al₄SiC₄/SiC复合材料的制备方法是，先将55～65wt％的SiO₂含量≥40wt％和粒径为0.1～0mm的粘土、35～45wt％的C含量≥80wt％和粒径为0.1～0mm的工业炭粉混合，外加上述混合物6～10wt％的亚硫酸纸浆废液，搅拌5～20分钟，压制成型，在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下在1700～1800℃×2～4小时条件下烧结，经自然冷却后制得Al₄SiC₄/SiC复合材料。

本具体实施方式所用的工业炭粉和粘土来源广泛，复合材料中的Al₄SiC₄和SiC都是在材料内部由粘土和C反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。Al₄SiC₄和SiC不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温下部分Al₄SiC₄和SiC氧化变成气态SiO迁移到材料的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的SiO₂，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬体材料表层致密化，阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。

因此，本具体实施方式具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命。本具体实施方式适于有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。

Claims

1、一种Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的制备方法，其特征在于先将50～65wt％的粘土和35～50wt％的工业炭粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1600～1800℃×2～6小时条件下烧结，自然冷却。

2、根据权利要求1所述的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的粘土的SiO₂含量≥40wt％，粒径为0.1～0mm。

3、根据权利要求1所述的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm。

4、根据权利要求1所述的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上，或为酚醛树脂。

5、根据权利要求1～4项中任一项所述的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料的制备方法所制备的Al₄SiC₄/SiC复合耐火材料。