CN102775163A - 一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，属于陶瓷窑具技术领域，各原料的组成为碳化硅颗粒40~65wt%，堇青石细粉≤0.074mm35~60wt%，上述两组分为100份，以此为基准，外加：金属硅粉≤0.074mm2~8wt%，硅溶胶或铝-硅溶胶 固含量25%~30% 5~20wt% 结合剂1~5wt%，将原料按配方混合均匀，困料12~24小时，成型，自然干燥，经110℃烘烤8~12小时，升温至1320~1460℃，保温6~12小时，所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.2%~0.5%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度40~55MPa，热震稳定性次数150~200次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.1~5.0（×10-6℃-1）。

Description

一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷窑具技术领域，特别涉及一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具及其制备方法。

背景技术

陶瓷窑具是陶瓷产品烧成工序中用于承重、运输及保护被烧制品的耐火材料。其性能是否稳定直接关系着被烧陶瓷产品的好坏，并影响整体的生产成本。

目前，常见的陶瓷窑具有碳化硅质、堇青石质、刚玉-莫来石质以及莫来石-堇青石质等几种类型。

自1891年碳化硅被发现以来，经过一百多年的发展，碳化硅材料已成为人们广为利用的非氧化物陶瓷。它具有常温和高温强度高，热导率大（500℃热处理下导热系数达65w/（m·k）），热膨胀系数小（0~1400℃为4.8×10^-6℃^-1），热震稳定性好，高温耐磨性能优良，抗化学侵蚀性能强等一系列优点；也存在室温下韧性不足，高温抗氧化性不好，生产成本相对较高等不足，如一种利用碳化硅不同粒度制备纯碳化硅窑具的方法（中国专利申请CN 1821179A，碳化硅窑具及其制备工艺），该方法的缺陷在于：（1）大量使用碳化硅微粉，会极大增加单位质量碳化硅的比表面积，导致制品高温抗氧化性变差加剧；（2）原料成本较高，进而提高企业生产成本，不利于企业增效。堇青石因热膨胀系数小，不易变形，抗急冷急热能力强，热震稳定性好，原料来源容易，组成稳定，也得到了较为广泛的应用；但其烧成温度狭窄，生产难以控制，必须添加一定的耐高温材料，用以提高堇青石质材料的使用温度。以硅微粉，氧化铝微粉、氧化镁细粉，煅烧高岭土等为基质，以莫来石、红柱石、碳化硅为骨料，采用浇注成型的方式制备的堇青石质陶瓷窑具（中国专利申请CN 1415575A，堇青石质窑具的制造方法），该方法的不足之处在于：（1）使用强度较低，在生产单位质量的陶瓷制品时消耗过大；（2）使用温度较低，不利于制备较高档的陶瓷制品。（3）采用浇筑、涂抹或振动成型，制品气孔率过大，会导致所制得堇青石陶瓷制品高温耐磨性能和抗侵蚀性能较差。  

发明内容

本发明旨在克服已有技术的缺陷，目的是提供一种抗氧化性能较好，成本较低，性能优良的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，同时提供其制备方法。所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具有较好的抗高温氧化性，较高的力学强度和热震稳定性，较低的热膨胀系数。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，其特征在于各原料的组成为：

碳化硅颗粒                                40~65wt%

堇青石细粉    ≤0.074mm                  35~60wt%

上述两组分为100份，以此为基准，外加：

金属硅粉      ≤0.074mm                   2~8wt%

硅溶胶或铝-硅溶胶    固含量25%~30%       5~20wt%

结合剂                                    1~5wt%。

本配方中，碳化硅颗粒粒径分5~3mm和3~1mm两种，分别占碳化硅颗粒的45~70wt%和30~55wt%；结合剂为糊精、木质素磺酸钙和亚硫酸纸浆废液中的一种。

制备方法是，先将上述原料按配方混合均匀，困料12~24小时，成型，自然干燥，经110℃烘烤8~12小时，升温至1320~1460℃，保温6~12小时。

本制备方法中，成型为半干法机压成型或为半干法振动加压成型。

由于采用上述技术方案，本发明利用主要原料碳化硅颗粒和堇青石细粉制备碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，由于这两种材料热膨胀系数相近，因此在加热、冷却过程中产生的热应力较小，进而提高陶瓷窑具整体的力学性能和热震稳定性；同时只使用碳化硅颗粒作为骨料而不使用细粉，并引入相当含量的金属硅粉，可有效提高窑具本身的高温抗氧化性，且生产成本相对低廉。本发明利用两种材料的复相达到增韧增强的目的，所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.2%~0.5%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度40~55MPa，热震稳定性次数150~200次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.1~5.0（×10^-6℃^-1）。

因此，本发明具有生产成本低，窑具抗氧化性能好，性能稳定等优点。具备广泛的经济和社会价值。

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。

本具体实施方式将所要涉及的参数统一描述如下：碳化硅颗粒粒径分两种，分别占碳化硅颗粒的45~70wt%和30~55wt%；堇青石细粉和金属硅粉粒度均不大于0.074mm；硅溶胶或铝-硅溶胶固含量25%~30%。实施例中将不赘述。

实施例1：先将40wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为45wt%和55wt%）与60wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料2wt%的金属硅粉、16wt%的硅溶胶、1wt%的糊精，混合均匀，困料18~24小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤10~12小时，升温至1320~1350℃，保温10~12小时。

本实施例1所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.43%~0.5%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度40~46MPa，热震稳定性次数150~165次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.8~5.0（×10^-6℃^-1）。

实施例2：先将45wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为50wt%和50wt%）与55wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料4wt%的金属硅粉、20wt%的铝-硅溶胶、3wt%的木质素磺酸钙，混合均匀，困料16~22小时，半干法机压成型，自然干燥，经110℃烘烤10~12小时，升温至1350~1380℃，保温10~12小时。

本实施例2所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.36%~0.44%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度44~49MPa，热震稳定性次数164~182次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.65~4.9（×10^-6℃^-1）。

实施例3：先将48wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为55wt%和45wt%）与52wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料4.5wt%的金属硅粉、12wt%的硅溶胶、4wt%的亚硫酸纸浆废液，混合均匀，困料15~20小时，半干法机压成型，自然干燥，经110℃烘烤9~11小时，升温至1380~1430℃，保温8~10小时。

本实施例3所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.20%~0.30%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度52~60MPa，热震稳定性次数178~200次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.1~4.45（×10^-6℃^-1）。

实施例4：先将50wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为60wt%和40wt%）与50wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料5wt%的金属硅粉、10wt%的铝-硅溶胶、2wt%的木质素磺酸钙，混合均匀，困料14~18小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤9~11小时，升温至1400~1430℃，保温8~10小时。

本实施例4所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.23%~0.33%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度50~57MPa，热震稳定性次数176~191次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.45~4.7（×10^-6℃^-1）。

实施例5：先将55wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为65wt%和35wt%）与45wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料6wt%的金属硅粉、8wt%的硅溶胶、4wt%的糊精，混合均匀，困料13~17小时，半干法机压成型，自然干燥，经110℃烘烤9~11小时，升温至1410~1450℃，保温8~10小时。

本实施例5所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.27%~0.36%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度47~52MPa，热震稳定性次数162~178次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.5~4.75（×10^-6℃^-1）。

实施例6：先将60wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为70wt%和30wt%）与40wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料7.5wt%的金属硅粉、5wt%的铝-硅溶胶、5wt%的木质素磺酸钙，混合均匀，困料13~15小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤8~10小时，升温至1420~1450℃，保温6~9小时。

本实施例6所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.31%~0.43%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度45~49MPa，热震稳定性次数156~173次（经1100℃热处理后水冷），线膨胀数4.6~4.8（×10^-6℃^-1）。

实施例7：先将65wt%的碳化硅颗粒（5~3mm和3~1mm的比例为50wt%和50wt%）与35wt%的堇青石细粉为原料混合，再外加所述原料8wt%的金属硅粉、9wt%的硅溶胶、4wt%的亚硫酸纸浆废液，混合均匀，困料12~15小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤8~10小时，升温至1430~1460℃，保温6~9小时。

本实施例7所制得的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的抗高温氧化性0.40%~0.50%（以300℃/h升至1200℃保温20小时后质量变化百分率），常温抗折强度42~47MPa，热震稳定性次数155~168次（经1100℃热处理后水冷），热膨胀系数4.75~5.0（×10^-6℃^-1）。

本具体实施方式将碳化硅颗粒与堇青石细粉加以复合制备碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，利用两种材料热膨胀系数相近，因此在加热、冷却过程中产生的热应力较小，进而提高陶瓷窑具整体的力学性能和热震稳定性。同时，相比纯碳化硅质陶瓷窑具，通过本具体实施例所制备的陶瓷窑具抗高温氧化性能好，生产成本低；而与堇青石质陶瓷窑具相比，通过本具体实施例所制备的陶瓷窑具使用强度高，热震稳定性好。

Claims (5)

1.一种碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，其特征在于各原料的组成为：

碳化硅颗粒                                40~65wt%

堇青石细粉    ≤0.074mm                  35~60wt%

上述两组分为100份，以此为基准，外加：

金属硅粉      ≤0.074mm                   2~8wt%

硅溶胶或铝-硅溶胶    固含量25%~30%       5~20wt%

结合剂                                    1~5wt%。

2.根据权利要求1所述的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，其特征在于碳化硅颗粒粒径分5~3mm和3~1mm两种，分别占碳化硅颗粒的45~70wt%和30~55wt%。

3.根据权利要求1所述的碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具，其特征在于结合剂为糊精、木质素磺酸钙和亚硫酸纸浆废液中的一种。

4.根据权利要求1、2、3之一所述碳化硅-堇青石复相陶瓷窑具的制备方法，其特征在于将原料按配方混合均匀，困料12~24小时，成型，自然干燥，经110℃烘烤8~12小时，升温至1320~1460℃，保温6~12小时。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于成型为半干法机压成型或为半干法振动加压成型。