CN105801143A - 一种高抗侵蚀性碳化硅砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高抗侵蚀性碳化硅砖及其制备方法。原料包括碳化硅砂为70～98％、无定形二氧化硅为0～8％、小于0.044mm的Al4SiC4为1～10％，金属硅粉0～8％，小于0.088mm的炭黑0～6％，外加2～4％的硅溶胶结合剂。制备方法包括称取原料、湿碾、成型、干燥和烧成，将成型的砖坯在110～160℃下干燥8～24h，在氮气气氛下加热至1250～1550℃，并在此温度下保温2～15h烧成，出窑。产品的主要成分为：SiC67～97％。本发明所得的碳化硅砖产品性能优良，强度高、热膨胀系数小、磨损性好、热震稳定性好、抗侵蚀性好。

Description

一种高抗侵蚀性碳化硅砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐火材料，特别是涉及一种高抗侵蚀性碳化硅砖及其制备方法。
背景技术
碳化硅材料有机械强度高、热导率高、抗热震性好、高温耐磨损性好、抗侵蚀性能优良特征，被广泛应用于钢铁、冶金、石化、电力、陶瓷等工业领域。
但是，碳化硅材料在使用过程中由于发生氧化，SiC发生氧化分解，会造成脱碳现象，在脱碳层中，组织结构疏松，气孔变大，使熔渣和氧气更易进入制品内部，进一步导致材料结构的破坏，降低材料其它方面的性能，严重地影响着材料的质量。
发明内容
本发明的目的在于研究一种高抗侵蚀性碳化硅砖及其制备方法，其要解决的技术问题：克服现有耐火材料的缺点，提供一种高抗侵蚀碳化硅砖，抑制或减缓碳化硅材料的氧化分解，增强材料的抗侵蚀性，以满足高温窑炉对高性能碳化硅制品的需求。
本发明的技术方案是：
以重量百分比计原料为碳化硅砂、无定形二氧化硅、Al4SiC4、金属硅粉、炭黑和结合剂，所述碳化硅砂包括粒度3～1mm、小于1mm和小于0.088mm三个粒度段，其中3～1mm的碳化硅砂为25～45％，小于1mm的碳化硅砂为10～25％，小于0.088mm的碳化硅砂为25～45％；无定形二氧化硅0～8％，粒度不大于0.044mm的Al4SiC4为1～10％，粒度不大于0.088mm的金属硅粉为1～8％，粒度不大于0.088mm的炭黑0～6％，另外加入占上述原料总重2～4％的硅溶胶结合剂。
所述高抗侵蚀性碳化硅砖，其特征是：所述碳化硅砂的重量组成为：SiC≥90％。
所述高抗侵蚀性碳化硅砖，其特征是：所述硅溶胶结合剂，SiO2固含量20～40％，体积密度1.1～1.3g/cm3。。
所述高抗侵蚀性碳化硅砖的主要成分为：SiC67～97％，主晶相为碳化硅和一定量v的Al4SiC4相。
本发明所述高抗侵蚀性碳化硅砖的制备方法，包括称取原料、湿碾、成型、干燥和高温烧成，其特征是：所述成型时采用液压压力机或摩擦压力机压制成砖坯，所述干燥是将砖坯在110～160℃下干燥8～24h，加热至1250～1500℃，并在此温度下保温2～15h烧成，自然冷却后出窑。
本发明的创新性在于：Al4SiC4具有高熔点、高化学稳定性、高强度，优异的抗氧化和抗水化性能等优点，在碳化硅材料中，引入Al4SiC4，一方面，Al4SiC4填充在颗粒之间，可以降低气孔率、结构致密、强度增强；另一方面，Al4SiC4在高温过程中与O2发生反应，生成连续的铝硅酸盐玻璃相，包覆在材料的表面，阻止熔渣和氧气向材料内部的扩散，提高材料的抗氧化性和抗侵蚀性能。
其反应方程式如下：
本发明的积极有益效果：
(1)本发明通过调整原料配比和粒度组成，优化产品配方，通过引入Al4SiC4，有效改善碳化硅砖的抗氧化性和抗侵蚀性能，该砖的强度高、热膨胀系数小、耐磨损性好、抗侵蚀性好等优点。
(2)本发明通过合理控制高温烧结温度和烧结时间，得到的产品性能稳定，并且生产成本较低，具有较好的经济和社会效益，值得推广应用。
具体实施方式
下面是本发明实施例，用来更好理解本发明，并不是对本发明的任何限制。
其中3～1mm的碳化硅砂为25～45％，小于1mm的碳化硅砂为10～25％，小于0.088mm的碳化硅砂为25～45％；无定形二氧化硅0～8％，粒度不大于0.044mm的Al4SiC4为1～10％，粒度不大于0.088mm的金属硅粉为1～8％，粒度不大于0.088mm的炭黑0～6％，另外加入占上述原料总重2～4％的硅溶胶结合剂。
实施例1：
高抗侵蚀性碳化硅砖，以重量百分比表示，原料为：3～1mm的碳化硅占38％，小于1mm的碳化硅占20％，小于0.088mm的碳化硅占30％，小于0.088mm的金属硅粉占3％，小于0.044mm的Al4SiC4占6％，小于0.088mm的炭黑2％，无定形SiO2占1％，另外添加上述原料总重2％的硅溶胶作为粘合剂，硅溶胶密度为1.25g/cm3。
其中碳化硅的重量组成为：SiC≥97％。
制备方法：将原料经湿碾机混料，采用液压压力机成型，将成型后的砖坯装入干燥窑内，在135℃干燥8h，然后加热至1480℃，并在此温度下保温3h烧成，自然冷却出窑，得到的碳化硅砖的主要成分为：SiC≥85％。
其性能指标见下表1：
实施例2：
高抗侵蚀性碳化硅砖，以重量百分比表示，原料为：3～1mm的碳化硅占30％，小于1mm的碳化硅占20％，小于0.088mm的碳化硅占33％，小于0.088mm的金属硅粉占2％，小于0.044mm的Al4SiC4占9％，小于0.088mm的炭黑1％，无定形SiO2占1％，另外添加上述原料总重4％的硅溶胶作为粘合剂，硅溶胶密度为1.25g/cm3。
其中碳化硅的重量组成为：SiC≥95％。
制备方法：将原料经湿碾机混料，采用液压压力机成型，将成型后的砖坯装入干燥窑内，在125℃干燥4h，然后加热至1400℃，并在此温度下保温5h烧成，自然冷却出窑，得到的碳化硅砖的主要成分为：SiC≥79％。
其性能指标见下表2：
实施例3：
高抗侵蚀性碳化硅砖，以重量百分比表示，原料为：3～1mm的碳化硅占28％，小于1mm的碳化硅占20％，小于0.088mm的碳化硅占30％，小于0.088mm的金属硅粉占5％，小于0.044mm的Al4SiC4占6％，小于0.088mm的炭黑5％，无定形SiO2占6％，另外添加上述原料总重2.8％的硅溶胶作为粘合剂，硅溶胶密度为1.25g/cm3。
其中碳化硅的重量组成为：SiC≥90％。
制备方法：将原料经湿碾机混料，采用液压压力机成型，将成型后的砖坯装入干燥窑内，在115℃干燥5h，然后加热至1380℃，并在此温度下保温5h烧成，自然冷却出窑，得到的碳化硅砖的主要成分为：SiC≥70％。
其性能指标见下表3：
实施例4：
高抗侵蚀性碳化硅砖，以重量百分比表示，原料为：3～1mm的碳化硅占41％，小于1mm的碳化硅占21％，小于0.088mm的碳化硅占31％，小于0.088mm的金属硅粉占2％，小于0.044mm的Al4SiC4占3％，小于0.088mm的炭黑1％，无定形SiO2占1％，另外添加上述原料总重3.3％的硅溶胶作为粘合剂，硅溶胶密度为1.25g/cm3。
其中碳化硅的重量组成为：SiC≥97％。
制备方法：将原料经湿碾机混料，采用液压压力机成型，将成型后的砖坯装入干燥窑内，在155℃干燥2h，然后加热至1500℃，并在此温度下保温3h烧成，自然冷却出窑，得到的碳化硅砖的主要成分为：SiC≥90％。
其性能指标见下表4：

Claims (4)

1.一种高抗侵蚀性碳化硅砖，其特征在于：以重量百分比表示，原料为碳化硅砂、无定形二氧化硅、Al4SiC4、金属硅粉、炭黑和结合剂，所述碳化硅砂包括粒度3～1mm、小于1mm和小于0.088mm的三个粒度段，其中3～1mm的碳化硅砂为25～45％，小于1mm的碳化硅砂为10～25％，小于0.088mm的碳化硅砂为25～45％；无定形二氧化硅0～8％，粒度不大于0.044mm的Al4SiC4为1～10％，粒度不大于0.088mm的金属硅粉为1～8％，粒度不大于0.088mm的炭黑0～6％，另外加入占上述原料总重2～4％的硅溶胶结合剂；所述高抗侵蚀性碳化硅砖的主要成分为：SiC67～97％，含有1～10％的Al4SiC4相。
2.一种权利要求1所述的高抗侵蚀性碳化硅砖，其特征在于：所述碳化硅砂的重量组成为：SiC≥90％。
3.一种权利要求1或2所述的高抗侵蚀性碳化硅砖，其特征在于：所述的硅溶胶结合剂的SiO2固含量20～40％，体积密度1.1～1.3g/cm3。
4.一种权利要求1或2或3所述高抗侵蚀性碳化硅砖的制备方法，包括称取原料、湿碾、成型、干燥、烧成、自然冷却、出窑，其特征在于：所述成型为采用液压压力机或摩擦压力机压制成砖坯，所述干燥是将砖坯在110～160℃下干燥8～24h，加热至1250～1500℃，并在此温度下保温2～15h烧成。
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