CN110041085A - 一种钙碳复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钙碳复合材料及其制备方法。其技术方案是：以88～99wt％的氢氧化钙和1～12wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～6wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于80～110℃条件下热处理8～24小时；然后在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理1～5小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。所述氢氧化钙的Ca(OH)2含量≥95wt％，氢氧化钙的粒径为1～800μm；所述碳素材料为鳞片石墨、微晶石墨、炭黑和纳米碳管中的一种；所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液或为锆酸脂溶液。本发明工艺简单，所制备的钙碳复合材料使用温度高、高温性能稳定、热震稳定性好，适用于高温高真空冶炼用耐火材料。

Description

一种钙碳复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于碳复合耐火材料技术领域。尤其涉及一种钙碳复合材料及其制备方法。
背景技术
氧化物－非氧化物复合材料是耐火材料发展的重要方向。含碳耐火材料已成为钢铁工业用重要的耐火材料，比如镁碳和铝碳耐火材料，它们分别是由镁砂、刚玉等及石墨以树脂为结合剂制成的。由于石墨不被熔渣润湿和热导率高，因而碳复合材料具有优良的抗渣性和热震稳定性，被广泛用于冶金炉及容器的内衬。在上世纪后期，耐火材料使用寿命的大幅度提高，碳复合耐火材料起了重要作用，镁碳和铝碳耐火材料在炼钢和连铸用耐火材料中占据了主导地位。
当前，碳复合耐火材料面临的主要问题之一是，高温下、尤其是真空环境中，氧化物和石墨之间发生的反应破坏了材料的结构，极大削弱了材料的服役性能。比如：氧化镁和石墨之间的反应常导致氧化镁蒸汽的生成，造成镁砂颗粒的损毁；铝碳材料在和铁液接触时，材料中的氧化铝碳热还原反应温度可以降低到1550℃。高温真空冶金是制备高纯高温合金和洁净钢的主要方法。目前常用的镁碳和铝碳耐火材料在高温真空冶炼过程的损毁已成为制约高温真空冶炼工艺用耐火材料性能提升的主要问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种钙碳复合材料的制备方法，用该方法制备的钙碳复合材料使用温度高、高温性能稳定和热震稳定性好，适用于高温高真空冶炼用耐火材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
以88～99wt％的氢氧化钙和1～12wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～6wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于80～110℃条件下热处理8～24小时；然后在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理1～5小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。
所述氢氧化钙的Ca(OH)2含量≥95wt％；氢氧化钙的粒径为1～800μm。
所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液或为锆酸脂溶液。
所述碳素材料为鳞片石墨、微晶石墨、炭黑和纳米碳管中的一种。
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)本发明以氢氧化钙和碳素材料为原料，外加偶联剂溶液，混合，成型，干燥，在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理，即得钙碳复合材料，工艺简单。
2)本发明采用的氧化钙热力学性能稳定，高温下气体分压极低，在冶炼条件下不会和石墨发生反应，从而能提高钙碳复合材料在高温真空环境中的稳定性能。再者，本发明在制备过程中引入了石墨，提高了钙碳复合材料的热震稳定性能和抗熔体侵蚀性能。
3)本发明采用的氢氧化钙作为氧化钙源，能避免直接使用氧化钙为原料带来的水化问题，而且，氢氧化钙分解产生的氧化钙活性高，有利于材料的烧结。同时，氢氧化钙的分解温度低于碳素材料和水蒸气的反应温度，可保证碳素材料不会受到水蒸气的氧化。
4)本发明在烧成过程中，钛酸酯或锆酸脂分解后所得氧化钛或氧化锆将与氧化钙反应分别形成钛酸钙或锆酸钙，从而提高了钙碳复合材料的强度。
本发明所制备的钙碳钙碳复合材料经检测：显气孔率≤15％；耐压强度≥15MPa。
因此，本发明工艺简单，所制备的钙碳复合材料使用温度高、高温性能稳定、热震稳定性好，适用于高温高真空冶炼用耐火材料。
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，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的述氢氧化钙统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述氢氧化钙的Ca(OH)2含量≥95wt％；氢氧化钙的粒径为1～800μm。
实施例1
一种钙碳复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以88～92wt％的氢氧化钙和8～12wt％的碳素材料为原料，外加所述原料4～6wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于80～90℃条件下热处理18～24小时；然后在埋碳气氛和1500～1600℃条件下热处理3～5小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。
所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液。
所述碳素材料为鳞片石墨。
所制备的钙碳复合材料经检测：显气孔率为14～15％；耐压强度为15～16MPa。
实施例2
一种钙碳复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以92～96wt％的氢氧化钙和4～8wt％的碳素材料为原料，外加所述原料3～4wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于90～100℃条件下热处理14～18小时；然后在氩气气氛和1600～1700℃条件下热处理1～3小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。
所述偶联剂溶液为为锆酸脂溶液。
所述碳素材料为微晶石墨。
所制备的钙碳复合材料经检测：显气孔率为13～14％；耐压强度为16～17MPa。
实施例3
一种钙碳复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以96～98wt％的氢氧化钙和2～4wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～3wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于100～110℃条件下热处理8～14小时；然后在埋碳气氛和1500～1600℃条件下热处理3～4小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。
所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液。
所述碳素材料为炭黑。
所制备的钙碳复合材料经检测：显气孔率为12～13％；耐压强度为17～18MPa。
实施例4
一种钙碳复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以98～99wt％的氢氧化钙和1～2wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～3wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于100～110℃条件下热处理12～16小时；然后在氩气气氛中和1500～1600℃条件下热处理2～4小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。
所述偶联剂溶液为锆酸脂溶液。
所述碳素材料为纳米碳管。
所制备的钙碳复合材料经检测：显气孔率为11～12％；耐压强度为18～20MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1)本具体实施方式以氢氧化钙和碳素材料为原料，外加偶联剂溶液，混合，成型，干燥，在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理，即得钙碳复合材料，工艺简单。
2)本具体实施方式采用的氧化钙热力学性能稳定，高温下气体分压极低，在冶炼条件下不会和石墨发生反应，从而能提高钙碳复合材料在高温真空环境中的稳定性能。再者，本具体实施方式在制备过程中引入了石墨，提高了钙碳复合材料的热震稳定性能和抗熔体侵蚀性能。
3)本具体实施方式采用的氢氧化钙作为氧化钙源，能避免直接使用氧化钙为原料带来的水化问题，而且，氢氧化钙分解产生的氧化钙活性高，有利于材料的烧结。同时，氢氧化钙的分解温度低于碳素材料和水蒸气的反应温度，可保证碳素材料不会受到水蒸气的氧化。
4)本具体实施方式在烧成过程中，钛酸酯或锆酸脂分解后所得氧化钛或氧化锆将与氧化钙反应分别形成钛酸钙或锆酸钙，从而提高了钙碳复合材料的强度。
本具体实施方式所制备的钙碳钙碳复合材料经检测，显气孔率≤15％，耐压强度≥15MPa。
因此，本具体实施方式工艺简单，所制备的钙碳复合材料使用温度高、高温性能稳定、热震稳定性好，适用于高温高真空冶炼用耐火材料。

Claims (5)

1.一种钙碳复合材料的制备方法，其特征在于：以88～99wt％的氢氧化钙和1～12wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～6wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于80～110℃条件下热处理8～24小时；然后在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理1～5小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的钙碳复合材料的制备方法，其特征在于所述氢氧化钙的Ca(OH)2含量≥95wt％；氢氧化钙的粒径为1～800μm。
3.根据权利要求1所述的钙碳复合材料的制备方法，其特征在于所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液或为锆酸脂溶液。
4.根据权利要求1所述的钙碳复合材料的制备方法，其特征在于所述碳素材料为鳞片石墨、微晶石墨、炭黑和纳米碳管中的一种。
5.一种钙碳复合材料，其特征在于所述钙碳复合材料是根据权利要求1～4项中任一项所述的钙碳复合材料的制备方法所制备的钙碳复合材料。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6245315B1 (en) * 1999-03-19 2001-06-12 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the production of high density hydration resistant lime sinter
CN104829252A (zh) * 2015-04-24 2015-08-12 沈阳化工大学 一种氧化钙碳砖及其制备方法
CN107935611A (zh) * 2018-01-03 2018-04-20 武汉科技大学 一种钙锆碳耐火材料及其制备方法
CN109179470A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 武汉科技大学 一种钝化氧化钙颗粒及其制备方法
US20190071356A1 (en) * 2016-03-16 2019-03-07 Kerneos S.A. Reactive material based on calcium aluminate and carbon, its process of preparation and its uses for refining metal melts or slags
CN109678190A (zh) * 2019-02-22 2019-04-26 武汉科技大学 一种核壳结构氧化钙颗粒及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6245315B1 (en) * 1999-03-19 2001-06-12 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the production of high density hydration resistant lime sinter
CN104829252A (zh) * 2015-04-24 2015-08-12 沈阳化工大学 一种氧化钙碳砖及其制备方法
US20190071356A1 (en) * 2016-03-16 2019-03-07 Kerneos S.A. Reactive material based on calcium aluminate and carbon, its process of preparation and its uses for refining metal melts or slags
CN107935611A (zh) * 2018-01-03 2018-04-20 武汉科技大学 一种钙锆碳耐火材料及其制备方法
CN109179470A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 武汉科技大学 一种钝化氧化钙颗粒及其制备方法
CN109678190A (zh) * 2019-02-22 2019-04-26 武汉科技大学 一种核壳结构氧化钙颗粒及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIN CHEN ET.AL: "Effect of porosity on carbonation and hydration resistance of CaO materials", 《JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY》 *
陈洋 等: "镁钙碳耐火材料的研究进展", 《中国陶瓷工业》 *
陈肇友: "炉外精炼用耐火材料提高寿命的途径及其发展动向", 《耐火材料》 *

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