CN109251046A - 一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法。其技术方案是：先以30~70wt%的氮化硅骨料、15~35wt%的氮化硅细粉、10~20wt%的α‑氧化铝微粉和5~15wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.15~0.25wt%的硅酸铝纤维和15~25wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。其中：硅酸铝纤维的长度小于0.1mm；硅酸铝纤维的主要化学成分是：Al2O3含量≥50.0wt%，SiO2含量≥42.0wt%，CaO含量≥5.0wt%，IL≤2.0wt%。本发明具有节约资源、保护环境和降低成本的特点；所制备制品具有气孔率低、导热系数低、强度高和体积稳定性好的特点。
Description
技术领域
本发明属于高温耐磨耐火材料技术领域，具体涉及一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法。
背景技术
氮化硅陶瓷材料具有热稳定性高、抗氧化能力强以及产品尺寸精确度高等优良性能。由于氮化硅是键强高的共价化合物，并在空气中能形成氧化物保护膜，所以还具有良好的化学稳定性，1200℃以下不被氧化，1200~1600℃生成保护膜可防止进一步氧化，并且不被铝、铅、锡、银、黄铜、镍等很多种熔融金属或合金所浸润或腐蚀，但能被镁、镍铬合金、不锈钢等熔液所腐蚀。
目前，常用的氮化硅或者氮化硅结合碳化硅耐磨料依然难以克服容易氧化以及难以在空气气氛中烧结并使用的难点。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种能节约资源、保护环境和降低成本的氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法；用该法所制得的氮化硅复相高强耐磨可塑料具有气孔率低、导热系数低、强度高和体积稳定性好的特点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以30~70wt%的氮化硅骨料、15~35wt%的氮化硅细粉、10~20wt%的α-氧化铝微粉和5~15wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.15~0.25wt%的硅酸铝纤维和15~25wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。
所述氮化硅骨料的粒径小于5mm；氮化硅细粉的粒径小于0.088mm；氮化硅的主要化学成分是：Si3N4≥97.0wt%，SiO2含量≤0.8wt%，Na2O+K2O≤1.5wt%。
所述α-氧化铝微粉的粒径小于0.044mm；α-氧化铝微粉的主要化学成分是：Al2O3≥99.2wt%， Na2O≤0.5wt%。
所述单晶硅的粒径小于0.01mm；SiO2的主要化学成分是：SiO2≥98.2wt%，Fe2O3含量≤0.2wt%，Na2O+K2O≤0.1wt%。
所述硅酸铝纤维的长度小于0.1mm；硅酸铝纤维的主要化学成分是：Al2O3含量≥50.0wt%，SiO2含量≥42.0wt%，CaO含量≥5.0wt%，IL≤2.0wt%。
所述硝酸钠溶液中NaNO3的浓度≥30wt%。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料，弥补传统耐火可塑料的缺陷，实现不同物相之间的晶界无间隙连接，实现耐磨刻塑料强度及耐磨性能的大幅提升；氧化物包裹非氧化物的结构，减少烧成和使用过程中的损耗，延长使用寿命。
2、本发明采用捣打或涂抹成型的方式，可根据用途加工成不同形状的形状，应用于窑炉及各种热工设备工作衬、炉顶的修复，确保生产安全高效地进行。
因此，本发明具有节约资源、保护环境和成本低的特点；所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料具有气孔率低、导热系数低、强度高和体积稳定性好的特点，直接用于窑炉及其他热工设备的修补。
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。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的有关技术参数统一描述如下：
所述氮化硅骨料的粒径小于5mm；氮化硅细粉的粒径小于0.088mm；氮化硅的主要化学成分是：Si3N4≥97.0wt%，SiO2含量≤0.8wt%，Na2O+K2O≤1.5wt%。
所述α-氧化铝微粉的粒径小于0.044mm；α-氧化铝微粉的主要化学成分是：Al2O3≥99.2wt%， Na2O≤0.5wt%。
所述单晶硅的粒径小于0.01mm；SiO2的主要化学成分是：SiO2≥98.2wt%，Fe2O3含量≤0.2wt%，Na2O+K2O≤0.1wt%。
所述硅酸铝纤维的长度小于0.1mm；硅酸铝纤维的主要化学成分是：Al2O3含量≥50.0wt%，SiO2含量≥42.0wt%，CaO含量≥5.0wt%，IL≤2.0wt%。
所述硝酸钠溶液中NaNO3的浓度≥30wt%。
实施例1
一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法。先以30~40wt%的氮化硅骨料、30~35wt%的氮化硅细粉、15~20wt%的α-氧化铝微粉和10~15wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.15~0.20wt%的硅酸铝纤维和15~20wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。
本实施例所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料经检测：1100℃烧后耐压强度大于85.0MPa；耐磨系数CC小于3.0%；重烧线变化率低于±0.5%。
实施例2
一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法。先以40~50wt%的氮化硅骨料、25~30wt%的氮化硅细粉、15~20wt%的α-氧化铝微粉和5~10wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.20~0.25wt%的硅酸铝纤维和20~25wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。
本实施例所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料经检测：1100℃烧后耐压强度大于90.0MPa；耐磨系数CC小于2.0%；重烧线变化率低于±0.5%。
实施例3
一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法。先以50~60wt%的氮化硅骨料、20~25wt%的氮化硅细粉、15~20wt%的α-氧化铝微粉和5~10wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.15~0.20wt%的硅酸铝纤维和15~17wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。
本实施例所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料经检测：1100℃烧后耐压强度大于88.0MPa；耐磨系数CC小于2.5%；重烧线变化率低于±0.5%。
实施例4
一种氮化硅复相高强耐磨可塑料及其制备方法。先以60~70wt%的氮化硅骨料、15~20wt%的氮化硅细粉、10~15wt%的α-氧化铝微粉和5~10wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.20~0.25wt%的硅酸铝纤维和17~20wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。
本实施例所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料经检测：1100℃烧后耐压强度大于82.0MPa；耐磨系数CC小于2.0%；重烧线变化率低于±0.5%。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料，弥补传统耐火可塑料的缺陷，实现不同物相之间的晶界无间隙连接，实现耐磨刻塑料强度及耐磨性能的大幅提升；氧化物包裹非氧化物的结构，减少烧成和使用过程中的损耗，延长使用寿命。
2、本发明采用捣打或涂抹成型的方式，可根据用途加工成不同形状的形状，应用于窑炉及各种热工设备工作衬、炉顶的修复，确保生产安全高效地进行。
所制得的氮化硅复相高强耐磨可塑料经检测：1100℃烧后耐压强度大于85MPa；耐磨系数CC小于3.0%；重烧线变化率低于±0.5%。
因此，本发明具有节约资源、保护环境和降低成本的特点，所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料气孔率低、导热系数低、强度高和体积稳定性好，直接用于窑炉及其他热工设备的修补。
Claims (7)
1.一种氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法，其特征在于先以30~70wt%的氮化硅骨料、15~35wt%的氮化硅细粉、10~20wt%的α-氧化铝微粉和5~15wt%的单晶硅为原料，再外加所述原料0.15~0.25wt%的硅酸铝纤维和15~25wt%的硝酸钠溶液，混合均匀，室温密封养护24h，即得氮化硅复相高强耐磨可塑料。
2.根据权利要求1所述的氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法，其特征在于所述氮化硅骨料的粒径小于5mm；氮化硅细粉的粒径小于0.088mm；氮化硅的主要化学成分是：Si3N4≥97.0wt%，SiO2含量≤0.8wt%，Na2O+K2O≤1.5wt%。
3. 根据权利要求1所述的氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法，其特征在于所述α-氧化铝微粉的粒径小于0.044mm；α-氧化铝微粉的主要化学成分是：Al2O3≥99.2wt%， Na2O≤0.5wt%。
4.根据权利要求1所述的氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法，其特征在于所述单晶硅的粒径小于0.01mm；SiO2的主要化学成分是：SiO2≥98.2wt%，Fe2O3含量≤0.2wt%，Na2O+K2O≤0.1wt%。
5.根据权利要求1所述的氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法，其特征在于所述硅酸铝纤维的长度小于0.1mm；硅酸铝纤维的主要化学成分是：Al2O3含量≥50.0wt%，SiO2含量≥42.0wt%，CaO含量≥5.0wt%，IL≤2.0wt%。
6.根据权利要求1所述的氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法，其特征在于所述硝酸钠溶液中NaNO3的浓度≥30wt%。
7.一种氮化硅复相高强耐磨可塑料，其特征在于所述氮化硅复相高强耐磨可塑料是根据权利要求1~6项中任一项所述氮化硅复相高强耐磨可塑料的制备方法所制备的氮化硅复相高强耐磨可塑料。
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