CN117164348A - 一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝‑碳化硅‑碳免烧耐火材料及其制备方法和应用，属于耐火材料技术领域。本发明控制免烧耐火材料的组成和各组分用量，硅粉、铝粉和石墨粉作为Al4SiC4晶须的原料，在催化剂的作用下，在高温使用过程中，Al4SiC4晶须在耐火材料中原位生长，与一维颗粒状Al4SiC4相比，Al4SiC4晶须具有二维线状结构，表面积更大，对免烧耐火材料内部的包裹性更好，氧化时优先被氧化，在氧化过程中对免烧耐火材料内部其他易被氧化的物质的保护效果更好，Al4SiC4晶须还具备晶须本身的特点，不仅能够提高免烧耐火材料的抗氧化性，还可以增强免烧耐火材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料及其制备方法和应用。
背景技术
耐火材料作为高温行业的基材材料，需求量大，但耐火材料的生产过程需要消耗大量的矿产资源和能源。与烧成耐火材料制品相比，免烧耐火材料烘烤后无需烧成直接使用，在高温条件下烧结，同时物相组成发生变化，从新构成新的物相，获得高温使用性能。免烧耐火材料的使用极大降低了能源和资源的消耗。含碳复合免烧耐火材料具有优异的抗热震性能和抗渣侵蚀性能，被广泛应用于转炉、电炉和精炼炉内衬以及钢包渣线等部位。但含碳复合免烧耐火材料抗氧化性和高温力学性能差的问题亟需解决。
三元碳化物Al4SiC4具有和SiC相似的六方相晶体结构，具有高强度、高熔点(约2037℃)、高化学稳定性、低密度、低热膨胀系数以及优异的抗氧化性能，可以作为高温陶瓷和耐火材料的抗氧化剂，在高温使用条件下对高温陶瓷和耐火材料具有抗氧化保护作用。而目前对于Al4SiC4材料的合成制备都是一维晶粒，如中国专利CN202111464425.4公开了一种高炉本体用Al4SiC4-SiC复合耐火材料及其制备方法，采用SiC为骨料，添加金属Al粉、Si粉和C粉，制备Al-Si-C-SiC生坯，通过高温下Al、Si和C之间的化学反应在SiC基体中原位合成Al4SiC4晶粒；中国专利CN115894037A公开了一种Al4SiC4结合碳化硅多孔陶瓷及其制备方法，将金属铝粉、单质硅粉、液态酚醛树脂及炭黑粉作为原料分段热处理得到Al4SiC4晶粒结合碳化硅多孔陶瓷。然而一维Al4SiC4晶粒比表面积低对耐火材料抗氧化性能提升有限，并且对耐火材料的力学性能的提升也不足。因此，亟需一种抗氧化性能及力学性能更高的免烧耐火材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料及其制备方法和应用。本发明提供的耐火材料中的碳硅化铝为二维晶须结构，耐火材料具有更好的抗氧化性和力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料，包括基体材料和水；按质量百分含量计，所述基体材料包括：大粒径棕刚玉4～10％、中粒径棕刚玉4～10％、小粒径棕刚玉12～18％、细粉棕刚玉29～35％、碳化硅14～20％、高铝水泥1～5％、白刚玉0.5～3％、α型氧化铝1～5％、铝粉2～8％、硅粉0.6～1.4％、热固型酚醛树脂1～5％、石墨粉1～7％和催化剂0.6～1.4％。
优选地，所述高铝水泥中Al2O3的质量含量≥70％。
优选地，所述热固型酚醛树脂的含碳量为40～50％。
优选地，所述催化剂包括硝酸镍、氧化镍和镍粉中的一种或多种。
优选地，所述水和基体材料的质量比为(3～9)：100。
本发明提供了上述技术方案所述免烧耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基体材料和水混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料依次进行成型振实、养护和干燥，得到免烧耐火材料。
优选地，所述步骤(2)中成型振实的频率为2700～2900次/min，成型振实的振幅为±(0.4～0.6)mm，成型振实的时间为10～30min。
优选地，所述步骤(2)中养护的温度为20～30℃，养护的时间为24～48h。
优选地，所述步骤(2)中干燥的温度为100～120℃，干燥的时间为10～15h。
本发明还提供了上述技术方案所述的免烧耐火材料或按照上述技术方案所述制备方法制备的免烧耐火材料在高温行业中的应用。
本发明提供了一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料，包括基体材料和水；按质量百分含量计，所述基体材料包括：大粒径棕刚玉4～10％、中粒径棕刚玉4～10％、小粒径棕刚玉12～18％、细粉棕刚玉29～35％、碳化硅14～20％、高铝水泥1～5％、白刚玉0.5～3％、α型氧化铝1～5％、铝粉2～8％、硅粉0.6～1.4％、热固型酚醛树脂1～5％、石墨粉1～7％和催化剂0.6～1.4％。本发明提供的耐火材料在高温使用过程中，在催化剂的作用下，棕刚玉、碳化硅、高铝水泥、白刚玉和α型氧化铝形成氧化铝-碳化硅基体，硅粉、铝粉和石墨粉原位生长形成Al4SiC4晶须；Al4SiC4材料本身具有抗氧化作用，与一维颗粒状Al4SiC4相比，Al4SiC4晶须具有二维线状结构，表面积更大，对免烧耐火材料内部的基体组分包裹性更好，氧化时优先被氧化，在氧化过程中对免烧耐火材料内部其他易被氧化的物质的保护效果更好，Al4SiC4晶须还具备晶须本身的特点，不仅能够提高免烧耐火材料的抗氧化性，还可以增强免烧耐火材料的力学性能；热固型酚醛树脂作为粘结剂，具有较好的耐高温性能，在高温使用过程中碳化，形成含碳耐火材料，具有优异的抗热震性能和抗渣侵蚀性能。实施例的结果显示，本发明提供的免烧耐火材料在高温烧结后的耐压强度在45MPa以上，抗折强度在8MPa以上，氧化层厚度在10mm以下。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的SEM图；
图2为本发明实施例2制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的SEM图；
图3为本发明实施例3制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的SEM图；
图4为本发明对比例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的SEM图；
图5为本发明实施例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的SEM图及样品中Al4SiC4晶须的EDS图；
图6为本发明实施例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的XRD图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料，包括基体材料和水；按质量百分含量计，所述基体材料包括：大粒径棕刚玉4～10％、中粒径棕刚玉4～10％、小粒径棕刚玉12～18％、细粉棕刚玉29～35％、碳化硅14～20％、高铝水泥1～5％、白刚玉0.5～3％、α型氧化铝1～5％、铝粉2～8％、硅粉0.6～1.4％、热固型酚醛树脂1～5％、石墨粉1～7％和催化剂0.6～1.4％。
如无特殊说明，本发明对所述各组分的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明提供的碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料包括基体材料。
按质量百分含量计，所述基体材料包括大粒径棕刚玉4～10％，优选为5～9％，更优选为6～8％。
在本发明中，所述大粒径棕刚玉的粒径优选为5～8mm，更优选为5.5～7.8mm，最优选为5.5～7.5mm。
按质量百分含量计，所述基体材料包括中粒径棕刚玉4～10％，优选为5～9％，更优选为6～8％。
在本发明中，所述中粒径棕刚玉的粒径优选为3～5mm，更优选为3.2～4.8mm，最优选为3.5～4.5mm。
按质量百分含量计，所述基体材料包括小粒径棕刚玉12～18％，优选为13～17％，更优选为14～16％。
在本发明中，所述小粒径棕刚玉的粒径优选为1～3mm，更优选为1.2～2.8mm，最优选为1.5～2.5mm。
按质量百分含量计，所述基体材料包括细粉棕刚玉29～35％，优选为30～34％，更优选为31～33％。
在本发明中，所述细粉棕刚玉的粒径优选≤1mm，更优选为0.01～1mm，最优选为0.09～1mm。
在本发明中，所述大粒径棕刚玉、中粒径棕刚玉、小粒径棕刚玉和细粉棕刚玉中氧化铝的质量含量优选≥90％，更优选为≥92％，最优选为≥95％。
本发明将棕刚玉的粒径和各粒径的比例限定在上述范围内，能够通过不同粒径的级配实现最紧密堆积，大颗粒可以抵抗高温热冲击，而小颗粒可以填充空隙，使得耐火材料呈现最致密的状态，提高耐火材料的抗热震稳定性。
按质量百分含量计，所述基体材料包括碳化硅14～20％，优选为15～19％，更优选为16～18％。
在本发明中，所述碳化硅的粒径优选≤1mm，更优选为0.01～1mm，最优选为0.05～1mm；所述碳化硅的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，所述碳化硅形成耐火材料基体，具有较好的耐火性能。本发明将碳化硅的用量、粒径等参数限定在上述范围内，能够使得耐火材料中含有适量的碳化硅，进一步提高耐火材料的耐高温性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括高铝水泥1～5％，优选为2～4％，更优选为2.5～3.5％。
在本发明中，所述高铝水泥中Al2O3的质量含量优选≥70％；所述高铝水泥的粒径优选≤50nm，更优选为10～50nm，最优选为20～50nm；所述高铝水泥的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，所述高铝水泥用于形成氧化铝-碳化硅-碳耐火材料基体。本发明将高铝水泥的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高耐火材料的耐高温性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括白刚玉0.5～3％，优选为1～2.5％，更优选为1.5～2％。
在本发明中，所述白刚玉的粒径优选≤0.08mm，更优选为0.01～0.08mm，最优选为0.02～0.08mm，所述白刚玉的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，所述白刚玉本身具有很高的硬度，加入到耐火材料中用以提高耐火材料的硬度和耐磨性。本发明将白刚玉的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高耐火材料的硬度和耐磨性。
按质量百分含量计，所述基体材料包括α型氧化铝1～5％，优选为2～4％，更优选为2.5～3.5％。
在本发明中，所述α型氧化铝的粒径优选≤100μm，更优选为1～100μm，最优选为50～100μm；所述α型氧化铝的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，所述α型氧化铝可以促进耐火材料在高温使用烧结过程中的致密化，提高其耐高温性能。本发明将α型氧化铝的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高耐火材料烧结后的致密度，提高其耐高温性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括铝粉2～8％，更优选为3～7％，更优选为4～6％。
在本发明中，所述铝粉的粒径优选≤0.074mm，更优选为0.01～0.074mm，最优选为0.02～0.074mm；所述铝粉的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，耐火材料在高温使用过程中，所述铝粉与硅粉和石墨粉在催化剂的作用下，经烧结原位生成Al4SiC4晶须，提高耐火材料的抗氧化性和力学性能。本发明将铝粉的用量等参数限定在上述范围内，能够使得耐火材料中含有较多的Al4SiC4晶须，且Al4SiC4晶须粗细均匀，进一步提高耐火材料的性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括硅粉0.6～1.4％，优选为0.8～1.2％，最优选为0.9～1.1％。
在本发明中，所述硅粉的粒径优选≤0.074mm，更优选为0.01～0.074mm，最优选为0.02～0.074mm；所述硅粉的纯度优选≥2N，更优选为2～3N。在本发明中，耐火材料在高温使用过程中，所述硅粉与铝粉和石墨粉在催化剂的作用下，经烧结原位生成Al4SiC4晶须，提高耐火材料的抗氧化性和力学性能。本发明将硅粉的用量等参数限定在上述范围内，能够使得耐火材料中含有较多的Al4SiC4晶须，且Al4SiC4晶须粗细均匀，进一步提高耐火材料的性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括石墨粉1～7％，优选为2～6％，更优选为3～5％。
在本发明中，所述石墨粉的粒径优选≤0.074mm，更优选为0.01～0.074mm，最优选为0.02～0.074mm；所述石墨粉的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，耐火材料在高温使用过程中，所述石墨粉与铝粉和硅粉在催化剂的作用下，经烧结原位生成Al4SiC4晶须，提高耐火材料的抗氧化性和力学性能。本发明将石墨粉的用量等参数限定在上述范围内，能够使得耐火材料中含有较多的Al4SiC4晶须，且Al4SiC4晶须粗细均匀，进一步提高耐火材料的性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括催化剂0.6～1.4％，优选为0.8～1.2％，更优选为0.9～1.1％。
在本发明中，所述催化剂优选包括硝酸镍、氧化镍和镍粉中的一种或多种。在本发明中，所述催化剂的粒径优选≥200nm，更优选为200nm～2μm，最优选为300nm～1μm；所述催化剂的纯度优选≥98％，更优选为98％～99％，最优选为99％。在本发明中，所述催化剂用于催化石墨粉与铝粉和硅粉在高温使用烧结过程中原位生成Al4SiC4晶须，提高耐火材料的抗氧化性和力学性能。本发明将催化剂的用量限定在上述范围内，能够使得石墨粉与铝粉和硅粉充分反应，进一步提高耐火材料的性能。
按质量百分含量计，所述基体材料包括热固型酚醛树脂1～5％，优选为2～4％，更优选为2.5～3.5％。在本发明中，所述热固型酚醛树脂优选为热固型酚醛树脂2130。在本发明中，所述热固型酚醛树脂作为粘结剂，使耐火材料成型。本发明采用热固型酚醛树脂作为粘结剂不仅是有利于耐火材料的成型，同时其具有很好的耐高温性，可以在高温使用条件下保持耐火材料结构的完整性，且碳化后形成的碳能够进一步提高耐火材料的性能。
在本发明中，所述热固型酚醛树脂的含碳量优选为40～50％。本发明将热固型酚醛树脂的含碳量限定在上述范围内，热固型酚醛树脂在高温条件下会碳化形成空隙，含碳量过低会导致空隙较大，不利于材料的致密度，而含碳量过高会导致粘结效果不好。
本发明提供的碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料还包括水。
在本发明中，所述水优选包括纯净水、超纯水或自来水。
在本发明中，所述水和基体材料的质量比优选为(3～9)：100，更优选为(4～8)：100，最优选为(5～7)：100。本发明将水和基体材料的质量比限定在上述范围内，能够使得两者混合后具有适宜的流动性，有利于后续成型。
本发明提供的耐火材料在高温使用过程中，在催化剂的作用下，硅粉、铝粉和石墨粉原位生长形成Al4SiC4晶须，与一维颗粒状Al4SiC4相比，Al4SiC4晶须具有二维线状结构，表面积更大，对免烧耐火材料内部的基体组分包裹性更好，控制各组分的组成和用量，各组分配合作用，不仅能够提高免烧耐火材料的抗氧化性，还可以增强免烧耐火材料的力学性能。
本发明提供了上述技术方案所述免烧耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基体材料和水混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料依次进行成型振实、养护和干燥，得到免烧耐火材料。
本发明将基体材料和水混合，得到混合物料。
在本发明中，所述基体材料和水的混合优选为：将热固型酚醛树脂溶解到水中，得到混合物A；将基体材料中剩余的其他组分干混，得到混合物B；然后再将混合物A加入混合物B中进行搅拌。
在本发明中，所述干混的时间优选为30～60min，优选为40～60min，最优选为50～60min；所述搅拌的时间优选为5～10min，更优选为6～9min，最优选为7～8min。采用本发明的混合方式及混合时间能够使得各组分混合的更加均匀。
得到混合物物料后，本发明将所述混合物料依次进行成型振实、养护和干燥，得到免烧耐火材料。
在本发明中，所述成型振实的频率优选为2700～2900次/min，更优选为2700～2800次/min；所述成型振实的振幅优选为±(0.4～0.6)mm，更优选为±(0.4～0.5)mm；所述成型振实的时间优选为10～30min，更优选为20～30min。本发明将成型振实的参数限定在上述范围内，能够使得混合物料充分振实。
在本发明中，所述成型振实优选在模具中进行。本发明对所述模具的结构和大小没有特殊的限定，根据实际需要选择即可。
在本发明中，所述养护的温度优选为20～30℃，更优选为25～30℃；所述养护的时间优选为24～48h，更优选为30～45h，最优选为35～40h。在本发明中，所述氧化用于加速材料硬化，减缓水分流失，防止裂缝产生，提高材料的硬度。本发明将养护的参数限定在上述范围内，能够进一步提高耐火材料的硬度。
在本发明中，所述干燥的温度优选为100～120℃，更优选为105～115℃，最优选为110℃；所述干燥的时间优选为10～15h，更优选为12～14h，最优选为13h。
本发明控制成型、养护和干燥的温度、时间等参数，提高耐火材料的密实性和硬度，进一步提高其在高温使用过程中的耐高温性能。
本发明还提供了上述技术方案所述的免烧耐火材料或按照上述技术方案所述制备方法制备的免烧耐火材料在高温行业中的应用。
在本发明中，所述免烧耐火材料在高温行业中应用时的温度优选≤1600℃。
本发明对所述的免烧耐火材料或按照上述技术方案所述制备方法制备的免烧耐火材料在高温行业中的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的免烧耐火材料在高温行业中的应用的技术方案即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
各实施例中：大粒径棕刚玉的粒径为5～8mm，中粒径棕刚玉的粒径为3～5mm，小粒径棕刚玉的粒径为1～3mm，细粉棕刚玉的粒径为0.09～1mm，棕刚玉中氧化铝的质量含量为95％；碳化硅细粉的粒径为0.074mm，纯度为99％，高铝水泥的粒径为30nm，纯度为99％，高铝水泥中氧化铝的质量含量为75％；白刚玉粒径为0.08mm，纯度为99％，α型氧化铝的粒径为0.074mm，纯度为99％；铝粉的粒径为0.074mm，纯度为99％；硅粉的粒径为0.074mm，纯度为2N；热固型酚醛树脂为2130型，纯度为70％，含碳量为45％；石墨粉的粒径为0.074mm，纯度为99％；催化剂粒径为200nm，纯度99％。
实施例1
本实施例中Al4SiC4晶须增强的Al2O3-SiC-C免烧耐火材料由基体材料和水组成，以质量百分含量计，所述基体材料由大粒径棕刚玉7％，中粒径棕刚玉7％，小粒径棕刚玉15％，细粉棕刚玉32％，碳化硅细粉17％，高铝水泥3％，白刚玉2％，α型氧化铝3％，铝粉5％，硅粉1％，热固型酚醛树脂3％，石墨粉4％和催化剂硝酸镍1％组成；水和基体材料的质量比为6:100；
所述免烧耐火材料的制备方法如下：
将热固型酚醛树脂溶解到水中，得到混合物A，将基体材料中剩余组分按配比用搅拌机干混55min后，加入混合物A，搅拌8min，均匀后倒入40mm×40mm×160mm模具中；把填满料的模具放在振动台上以2700次/min频率和0.4mm的振幅振动30min成型；振实好的样品放在模具中30℃养护40h，然后放在110℃的烘箱中干燥13h。
实施例2
将实施例1中的催化剂替换为氧化镍，其他参数均与实施例1相同。
实施例3
将实施例1中的催化剂替换为镍粉，其他参数均与实施例1相同。
对比例1
省略实施例1中的催化剂，其他参数均与实施例1相同。
应用例
将实施例1～3和对比例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h。
采用扫描电镜对实施例1～3和对比例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品进行观察，得到的SEM图分别如图1～4所示。从图1中可以看出，以硝酸镍作为催化剂时，Al4SiC4晶须在基质和气孔薄弱部位大量生长，晶须直径和表面积最大，可以观察到催化生长的Al4SiC4晶须顶部有明显的催化剂合金球，证明了Al4SiC4晶须是由气液固的催化机理生长，Al4SiC4晶须具有大的长径比和比表面积使得Al2O3-SiC-C免烧耐火材料具有优异的力学性能和高温抗氧化性能。从图2中可以看出，以氧化镍作为催化剂时，Al4SiC4晶须的长径比和实施例1相比较小。从图3中可以看出，以镍粉作为催化剂时，Al4SiC4晶须的长径比最小。从图4中可以看出，当原料中不含有催化剂时，没有Al4SiC4晶须生成。
通过比较实施例1～3和对比例1的SEM结果可知，通过改变催化剂的种类，Al2O3-SiC-C免烧耐火材料内部生长的Al4SiC4晶须的直径大小也不相同，由于硝酸镍催化剂高温分解使得耐火材料内部局部氧分压增大，根据气-液-固的晶须生长机理，气态的一氧化硅和一氧化碳增多延长了Al4SiC4晶须的生长时间，所以用硝酸镍催化剂制备的Al4SiC4晶须直径和比表面积最大，并且没有催化剂时Al4SiC4无法生长为晶须。
实施例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的SEM图及样品中Al4SiC4晶须的EDS图如图5所示。从图5中可以看出，晶须由Al、Si、C和Ni四种元素组成。
实施例1制备的免烧耐火材料在管式炉中1450℃通入氩气烧结2.5h后的样品的XRD图如图6所示。根据图6XRD测试结果证明合成出了Al4SiC4晶须，由于棕刚玉原料中含有氧化铝和小部分杂质二氧化硅，所以在XRD当中也有氧化铝和二氧化硅的特征峰，因为加入催化剂的量较少并未发现催化剂的特征峰。
对实施例1～3及对比例1制备的Al4SiC4晶须增强的Al2O3-SiC-C免烧耐火材料进行常温耐压强度、常温抗折强度测试和抗氧化性能测试。其中，按照GB/T 5072-2008的标准测试方法进行耐火材料的常温耐压强度测试，按照GB/T 3001-2007的标准测试方法进行耐火材料的常温抗折强度测试，上述两种测试在YAW300D抗压抗折一体机上进行。在管口直径为敞口的管式炉中进行样品的高温抗氧化性能测试，抗氧化测试温度为1500℃，升温速率为5℃/min，抗氧化测试时间为2h。测试结果如表1所示。
表1实施例1～3及对比例1制备的Al4SiC4晶须增强的Al2O3-SiC-C免烧耐火材料的常温耐压强度、常温抗折强度和高温抗氧化性能
| 样品 | 常温耐压强度 | 常温抗折强度 | 氧化层厚度 |
| 实施例1 | 55.31MPa | 13.52MPa | 4.8mm |
| 实施例2 | 48.95MPa | 10.84MPa | 7.4mm |
| 实施例3 | 45.32MPa | 8.93MPa | 9.5mm |
| 对比例1 | 34.21MPa | 6.21MPa | 22.9mm |
通过比较表1中实施例1～3和对比例1的性能测试结果可知，本发明制备的Al4SiC4晶须增强的Al2O3-SiC-C免烧耐火材料的力学性能和抗氧化性优异，而省略催化剂后，所得的Al2O3-SiC-C免烧耐火材料的力学性能和抗氧化性显著降低。
综上，本发明提供的耐火材料中的碳硅化铝为二维晶须结构，耐火材料具有更好的抗氧化性和力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料，包括基体材料和水；按质量百分含量计，所述基体材料包括：大粒径棕刚玉4～10％、中粒径棕刚玉4～10％、小粒径棕刚玉12～18％、细粉棕刚玉29～35％、碳化硅14～20％、高铝水泥1～5％、白刚玉0.5～3％、α型氧化铝1～5％、铝粉2～8％、硅粉0.6～1.4％、热固型酚醛树脂1～5％、石墨粉1～7％和催化剂0.6～1.4％。
2.根据权利要求1所述的免烧耐火材料，其特征在于，所述高铝水泥中Al2O3的质量含量≥70％。
3.根据权利要求1所述的免烧耐火材料，其特征在于，所述热固型酚醛树脂的含碳量为40～50％。
4.根据权利要求1所述的免烧耐火材料，其特征在于，所述催化剂包括硝酸镍、氧化镍和镍粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的免烧耐火材料，其特征在于，所述水和基体材料的质量比为(3～9)：100。
6.权利要求1～5任意一项所述免烧耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基体材料和水混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料依次进行成型振实、养护和干燥，得到免烧耐火材料。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中成型振实的频率为2700～2900次/min，成型振实的振幅为±(0.4～0.6)mm，成型振实的时间为10～30min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中养护的温度为20～30℃，养护的时间为24～48h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干燥的温度为100～120℃，干燥的时间为10～15h。
10.权利要求1～5任意一项所述的免烧耐火材料或按照权利要求6～9任意一项所述制备方法制备的免烧耐火材料在高温行业中的应用。
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| CN202311090884.XA CN117164348A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种碳硅化铝晶须增强的氧化铝-碳化硅-碳免烧耐火材料及其制备方法和应用 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117466645A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 之江实验室 | 一种碳硅化铝晶须及其制备方法 |
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- 2023-08-28 CN CN202311090884.XA patent/CN117164348A/zh active Pending
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