CN109608200B - 一种碳硅化铝结合SiC质耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳硅化铝结合SiC质耐火材料及其制备方法,包括如下步骤:S1、将85~95wt%的碳化硅、0.1~10wt%的单质铝和2~8wt%的热固性酚醛树脂放入混碾机中混合均匀,压制成型制得碳化硅砖;S2、将步骤S1中所述碳化硅砖在一定条件下进行烘烤,再经过感应炉烧结得到原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。本发明制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料具有烧结温度低、烧结时间短、力学性能优异、抗氧化性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料及其制备方法,具体涉及一种碳硅化铝结合SiC质耐火材料及其制备方法,属于耐火材料技术领域。
背景技术
碳化硅质耐火材料具有优异的高温力学性能与抗渣性能,其作为高温炉衬被广泛应用于炼铁、有色冶金、垃圾焚烧、脱硫等行业。碳化硅制品按照结合方式主要有:氧化物结合、氮化硅结合及自结合等。氧化物结合碳化硅由于氧化物结合相与基体SiC膨胀系数不一致,导致热震稳定性较差;氮化硅结合及自结合碳化硅材料又存在高温下的氧化问题。
Al4SiC4具有层片状结构,其熔点高、抗氧化性强、高温力学性能优异,与SiC基体具有良好的兼容性,在SiC-C系耐火材料中引入Al4SiC4能够提高力学性能与抗氧化性能。Zhang在MgO-C和Al2O3-C材料中加入Al4SiC4显著提高了材料的抗氧化性能[Zhang S,Yamaguchi A.Effect of Al4SiC4 addition to carbon-containingrefractories.J.Ceram.Soc.Jpn.,1995,103(1195):235-239]。相比于在原料中直接添加Al4SiC4,原位合成Al4SiC4能够使其均匀分布在耐火材料中,与SiC基体具有很高的界面结合强度,制备工艺简单,材料力学性能优异。Chen以Al、Si和炭黑为原料,在Ar气氛下经过1800℃×3h处理,得到高纯度的Al4SiC4[Chen J H,Zhang Z H,Mi W J,et al.Fabricationand oxidation behavior of Al4SiC4 powders.J.Am.Ceram.S.,2017,100(7):3145-3154]。Yu以炭黑还原铝矾土和硅石,在流动Ar气氛下经过1800℃×3h处理,得到六方片状Al4SiC4[Yu C,Yuan W,Deng C,et al.Synthesis of hexagonal plate-like Al4SiC4fromcalcined bauxite,silica and carbon black.Powder technol.,2013,247:76-80]。钱志明在1300℃~1700℃下保温5~12h制备了Al4SiC4结合Al2O3-SiC复合材料[CN 108218408A],具有优异的力学性能;然而上述合成Al4SiC4的方法反应温度高、保温时间长。感应加热具有升温速率快、合成温度低、工艺简单和节能环保的特点,有利于Al4SiC4的低温合成。
发明内容
为解决现有技术不足,本发明提供了一种碳硅化铝结合SiC质耐火材料的制备方法,用该方法制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料的烧结温度低、烧结时间短、力学性能优异、抗氧化性强。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的:
一种碳硅化铝(Al4SiC4)结合SiC质耐火材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将85~95wt%的碳化硅、0.1~10wt%的单质铝和2~8wt%的热固性酚醛树脂放入混碾机中混合均匀,压制成型制得碳化硅砖;
S2、将步骤S1中所述碳化硅砖先经过烘烤,再经过感应炉烧结,所述感应炉烧结条件为:以10~20℃/min的速率升温到1200~1700℃,保温0.5~4h,然后自然降温,并通入氩气保护,得到原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
基于上述技术方案,形成Al4SiC4需要经过烧结,然而一般需要的烧结方式需要在1700℃以上长时间保温才能够形成Al4SiC4,感应烧结可在较低温度下短时间内形成Al4SiC4。
进一步的,所述碳化硅中SiC含量≥98wt%。
进一步的,所述单质铝中Al含量≥99wt%,所述单质铝的粒径≤38μm。
进一步的,所述热固性酚醛树脂残碳量≥40wt%。
进一步的,所述烘烤条件为:在120~250℃下烘烤24~30h。
本发明还提供了一种用所述碳硅化铝结合SiC质耐火材料的制备方法制备得到的碳硅化铝结合SiC质耐火材料。
本发明的有益效果在于:
本发明以SiC为主要原料,酚醛树脂为结合剂制备碳化硅砖,采用感应烧结的方式对SiC砖进行热处理,感应线圈在交变电流的作用下产生交变磁场,在交变磁场作用下,洛伦兹力使得碳化硅砖中熔化的Al液产生电磁搅拌作用而不断运动,促进传质与传热,当Al液中吸收一定的残碳后能够迅速反应生成Al4C3,且Al液运动会裹挟细小的SiC基质,促进Al4C3与之反应生成Al4SiC4,最终形成原位Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
本发明制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料,经检测:显气孔率为8%~16%,耐压强度为81~100MPa;热震稳定性能好;经过1500℃空气气氛氧化10h,增重率为0.06~0.2%。
因此,本发明制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料具有烧结温度低、烧结时间短、力学性能优异、抗氧化性强的特点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
以85wt%的碳化硅、0.1wt%的单质铝和2wt%的热固性酚醛树脂为原料,在混碾机中混合均匀,然后压制成型制得碳化硅砖;将上述碳化硅砖在120℃条件下烘烤24小时,再经过感应炉烧结,以10℃/min的速率升温至在1200℃下保温0.5h,即得原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
本实施例制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料,经检测:显气孔率为8%~10%,耐压强度为95~100MPa;热震稳定性能好;经过1500℃空气气氛氧化10h,增重率为0.06~0.1%。
实施例2
以95wt%的碳化硅、10wt%的单质铝和8wt%的热固性酚醛树脂为原料,在混碾机中混合均匀,然后压制成型制得碳化硅砖;将上述碳化硅砖在250℃条件下烘烤30小时,再经过感应炉烧结,以20℃/min的速率升温至在1700℃下保温4h,即得原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
本实施例制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料,经检测:显气孔率为9%~12%,耐压强度为92~97MPa;热震稳定性能好;经过1500℃空气气氛氧化10h,增重率为0.09~0.13%。
实施例3
以87wt%的碳化硅、5.5wt%的单质铝和5wt%的热固性酚醛树脂为原料,在混碾机中混合均匀,然后压制成型制得碳化硅砖;将上述碳化硅砖在180℃条件下烘烤26小时,再经过感应炉烧结,以15℃/min的速率升温至在1500℃下保温2.5h,即得原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
本实施例制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料,经检测:显气孔率为11%~13%,耐压强度为86~93MPa;热震稳定性能好;经过1500℃空气气氛氧化10h,增重率为0.12~0.15%。
实施例4
以86wt%的碳化硅、7wt%的单质铝和3wt%的热固性酚醛树脂为原料,在混碾机中混合均匀,然后压制成型制得碳化硅砖;将上述碳化硅砖在175℃条件下烘烤27小时,再经过感应炉烧结,以17℃/min的速率升温至在1350℃下保温2.5h,即得原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
本实施例制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料,经检测:显气孔率为12%~14%,耐压强度为84~91MPa;热震稳定性能好;经过1500℃空气气氛氧化10h,增重率为0.14~0.17%。
实施例5
以87.5wt%的碳化硅、0.8wt%的单质铝和6wt%的热固性酚醛树脂为原料,在混碾机中混合均匀,然后压制成型制得碳化硅砖;将上述碳化硅砖在200℃条件下烘烤25小时,再经过感应炉烧结,以16℃/min的速率升温至在1450℃下保温3h,即得原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
本实施例制备的原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料,经检测:显气孔率为13%~16%,耐压强度为81~85MPa;热震稳定性能好;经过1500℃空气气氛氧化10h,增重率为0.16~0.2%。
对比例
一种Al4SiC4/SiC复合耐火材料及其制备方法(CN101423404A)本对比例所述制备方法是:
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℃下2~6小时条件下烧结,自然冷却后制得Al4SiC4/SiC复合材料。本发明制备时间较长,耗能较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种碳硅化铝结合SiC质耐火材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将85~95wt%的碳化硅、0.1~10wt%的单质铝和2~8wt%的热固性酚醛树脂放入混碾机中混合均匀,压制成型制得碳化硅砖;其中,所述碳化硅中SiC含量≥98wt%;所述单质铝中Al含量≥99wt%,所述单质铝的粒径≤38μm;所述热固性酚醛树脂残碳量≥40wt%;
S2、将步骤S1中所述碳化硅砖先经过烘烤,再经过感应炉烧结,所述感应炉烧结条件为:以10~20℃/min的速率升温到1200~1700℃,保温0.5~4h,然后自然降温,并通入氩气保护,得到原位生成Al4SiC4结合SiC质耐火材料。
2.根据权利要求1所述碳硅化铝结合SiC质耐火材料的制备方法,其特征在于,所述烘烤条件为:在120~250℃下烘烤24~30h。
3.一种如权利要求1至2任一所述碳硅化铝结合SiC质耐火材料的制备方法制备得到的碳硅化铝结合SiC质耐火材料。
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