CN104446563A

CN104446563A - 一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法

Info

Publication number: CN104446563A
Application number: CN201410747288.9A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 茹红强; 聂晓波
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明公开了一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，涉及耐火材料技术领域，以不同级配的碳化硅颗粒为基体，以硅树脂为结合剂，将硅树脂溶于有机溶剂配成85％的溶液后与上述混合的碳化硅颗粒混合进行造粒，然后在100-400MPa压力下模压成型，有机硅树脂占固体总质量的1％-20％；经过100-300℃之间低温固化，低温固化后在800～1300℃下烧结即可制得SiC基耐火材料。与现有技术相比，本发明的方法制备的耐火材料，其使用寿命长，成本低，工艺简单。

Description

一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别是一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法。

背景技术

免烧砖是利用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等(以上原料的一种或数种)作为主要原料，不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料。免烧砖的特性是其它任何墙体砖没有的，用合理的科学配方，按一定的比例加入凝固剂及微量化学添加剂，使粒度、湿度、混合程度用合理的设备工艺强化处理，达到最佳可塑状态，后经高压压制成型，使砖体迅速硬化，时间越长，效果越好，砖的实用性好，砌墙时不用浸泡，外观整齐。

免烧砖的应用范围很广，它不仅应用在建筑方面，也应用在铝电解槽侧壁、大型高炉除铁沟、流化床锅炉发电和城市垃圾焚烧炉发电等方面，当今国内免烧砖生产工艺大致分为三种类型：

1、半干法压制成型自然养护。

目前在国内生产的免烧砖大多用此工艺进行生产。用水泥(或水泥、石灰)和砂土的混合料经压制后采用28天自然养护便可，产品质量可达到非烧结普通粘土砖国家标准。其主机(混料用)正由双轴搅拌机、湿碾机向行星式强制混合机过渡。压砖普遍采用总压力60～70t转盘压砖机。广东省内也有引进巴西HRC-3型免烧砖机的。该机为油压式，上下两面加压，总压力太低，仅20t，但设备简单配套，易于拆迁，全套设备总重量4.6t，总功率27kw，无计量系统，较为简陋。

2、半干法压制成型蒸汽养护。

江西建材科研设计院和贵州大方县建材厂合作，以原有灰砂砖生产线为基础，利用当地山土建成了石灰型非烧结粘土砖生产线，使砖的成本得以降低。其工艺是将消化温度高、含一定数量有效钙的石灰破碎成<4mm后入球磨机磨细，使颗粒细度达到4900孔筛筛余14.5％。石灰与土、水搅拌后混合料要消化8小时，然后再经二次搅拌混合均匀。压出的砖需静停6～10小时，避免入釜后因快速升温使砖还中空隙水和空气膨胀造成制品开裂。采用高压蒸汽养护工艺，然汽温度为174℃，蒸汽压力为0.8MPa，恒温10小时。砖的实侧抗压强度平均值为15.92Mpa,单块最小值15.53MPa；抗折强度平均值3.13Mpa，单块最小值2.19Mpa，自然容重1.97g/cm3；于容重1.81g/cm3；吸水率17.9％,软化系数0.75；抗冻重量损失2.3％,砌体性能达到和超过砖石设计规范标准。

3、塑性挤出法成型湿空气养护。

沈阳建材研究所曾用塑性挤出法成型研制水泥砂土非烧结非承重粘土空心砖，制品孔洞率为40％，制品经28天湿空气养护，抗压强度平均值系为3.16Mpa，单块最小值为2.7aMpa，软化数0.68，饱水后强度2.16MPa，冻后重量损失为0.005％(要求<2％)，冻后强度值为3.46MPa可以满足地方对质量指标要求。配料为黄土35％～50％,含砂或配砂25％～30％,425水泥20％。在工艺上成型水分要控制在20％-25％。水分大时，挤出顺利，泥条光滑，但密实度不理想，硬化后强度小，尤其初始强度低，易塌落变形，若成型水分小时，挤出泥条表面不光滑、有裂纹，挤出困难，最后导致制品强度下降。挤泥机绞刀线速度要求51.6m/min，机口斜度0.16，台砂或配砂限制在25％～30％时产品强度最佳。

另外近年来氧化物耐火材料体系和氧化物-非氧化物复合耐火材料体系的免烧成不定形制品得到快速发展相关的不定形耐火材料除浇注料、喷涂料、自流料、泵送料等散状材料外，还包括预制块和不烧制品的定形材料。它是一种低能耗、劳动力消耗低、适应性很强的材料，世界各国都极为重视。这两个材料体系的免烧成不定形耐火材料在耐火材料中的比重在国内外逐年提高，以日本为最盛。

中国申请专利号：01133618.8公开了一种利用水泥、水渣和粉煤灰作为原料制备免烧砖的方法，此方法不但保护土地资源，而且也利用了工业废料，保护了环境和节约了能源；中国申请专利号：200810013835.5公开了一种由无机材料骨架框和塑料泡沫填充层复合构成的制备免烧砖的方法，此发明设计简单，经济可行，使用安全方便，具有隔热环保的特点。但是现有的免烧砖都是集中在利用水泥、水渣和粉煤灰等为原料制备，而采用碳化硅作为基料制备免烧砖的技术发明未见报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，制得的SiC基耐火材料具有优良的抗氧化性、抗侵蚀性和高温强度，从而提高耐火材料的使用寿命，降低生产成本，简化生产工艺的效果。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，包括以下步骤：

1)以级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5-1μm＝38-48：14-24：18-24：4-18：5-10的碳化硅颗粒为基体，以硅树脂作为结合剂，将硅树脂溶于有机溶剂配成85％的溶液后与上述混合的碳化硅颗粒混合进行造粒，然后模压成型，有机硅树脂占固体总质量的1％-20％；

2)模压成型后经过100-300℃温度下进行低温固化；

3)低温固化后迅速进行烧结即可制得SiC基耐火材料，烧结温度为800-1500℃之间。

进一步的，所述硅树脂的分子量为500～3000，其中有机基团与硅原子比为1.2～2。

作为本发明的优选方案，所述步骤1)中有机溶剂为丙酮、乙醇或甲苯中的一种。

作为本发明的优选方案，所述步骤1)模压成型时采用双向加压，双向的压力均为为100～400MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本法采用硅树脂为结合剂，硅树脂比较普遍和常见，容易得到，使得耐火材料在制备工程中更方便和简单；

2、本法采用硅树脂为结合剂，比以往常使用酚醛树脂为低温结合剂生产的铝电解槽有优良的抗氧化性、抗侵蚀性和高温强度，从而提高耐火砖的使用寿命，降低生产成本，简化生产工艺的效果；

3、本方法采用双向模压的成型工艺成型，压力在100～400MPa压力下，成型方法简单，易于操作；

4、本方法采用低温固化，温度范围在100～300℃之间，温度低，容易达到；

5、本方法采用烧结温度为800～1300℃之间，如果工作环境与烧结温度相同，耐火材料可以免烧得到，免烧得到可以简化生产工艺，提高生产速率，降低制造成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

取道康宁DC249型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：1μm＝45：18：24：4：9的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为1％，再在100MPa的压力下成型，通过200℃低温固化并在900℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为25.12MPa，最大密度为2.59g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为3.2％，气孔率为12.02％。

实施例2

取道康宁DC409HS型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：45μm：5μm：0.5μm＝40：22：20：8：10的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为3％，再在180MPa的压力下成型，通过240℃低温固化并在1000℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为28.02MPa，最大密度为2.60g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为2.9％，气孔率为11.98％。

实施例3

取道康宁DC806型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝48：14：20：11：7的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为6％，再在300MPa的压力下成型，通过160℃低温固化并在1200℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为30.49MPa，最大密度为2.64g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为2.8％，气孔率为10.64％。

实施例4

取道康宁DC840型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝48：14：20：11：7的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为7％，再在300MPa的压力下成型，通过160℃低温固化并在1200℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为30.49MPa，最大密度为2.64g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为2.8％，气孔率为10.85％。

实施例5

取道康宁DC217型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：1μm＝45：18：24：4：9的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为8％，再在320MPa的压力下成型，通过220℃低温固化并在980℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为34.22MPa，最大密度为2.73g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为2.3％，气孔率为11.34％。

实施例6

取道康宁DC220型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝38：21：18：18：5的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为9％，再在340MPa的压力下成型，通过280℃低温固化并在980℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为29.54MPa，最大密度为2.66g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为2.7％，气孔率为11.40％。

实施例7

取道康宁DC220型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝48：14：20：11：7的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为15％，再在380MPa的压力下成型，通过160℃低温固化并在1300℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为27.81MPa，最大密度为2.60g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为2.4％，气孔率为9.25％。

实施例8

取道康宁DC409HS型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝48：14：20：11：7的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为16％，再在380MPa的压力下成型，通过300℃低温固化并在980℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为29.34MPa，最大密度为2.68g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为3.4％，气孔率为11.25％。

实施例9

取道康宁DC806HS型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝40：18：21：14：7的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为18％，再在320MPa的压力下成型，通过240℃低温固化并在1000℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为31.40MPa，最大密度为2.71g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为3.1％，气孔率为10.87％。

实施例10

取道康宁DC840型有机硅树脂溶于丙酮配成85％的溶液，与级配为30G：70G：46μm：5μm：0.5μm＝40：18：21：14：7的碳化硅颗粒基体混合造粒，有机硅树脂占固体质量分数为20％，再在380MPa的压力下成型，通过300℃低温固化并在1300℃烧结获得耐火材料。此方法获得耐火材料的最大抗折强度为29.99MPa，最大密度为2.65g·cm^-3，抗侵蚀体积损失率为3.8％，气孔率为9.30％。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)模压成型后经过100-300℃温度下进行低温固化；

2.根据权利要求1所述的以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，其特征在于：所述硅树脂的分子量为500～3000，其中有机基团与硅原子比为1.2～2。

3.根据权利要求1所述的以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，其特征在于：所述步骤1)中有机溶剂为丙酮、乙醇或甲苯中的一种。

4.根据权利要求1所述的以硅树脂为结合剂制备SiC基耐火材料的方法，其特征在于：所述步骤1)模压成型时采用双向加压，双向的压力均为为100～400MPa。