CN120004635B - 一种氮化硅复相耐火材料的制备方法 - Google Patents

一种氮化硅复相耐火材料的制备方法

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Abstract

本发明涉及耐火材料领域，具体地说是一种氮化硅复相耐火材料的制备方法。一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，包括以下步骤：熔模铸造废砂的赋磁处理；耐火预混料的制备；耐火预混料的氮气烧结；充磁耐火坯料的定向压制与烧结。本发明通过在熔模铸造废砂中加入纳米铁酸钡磁性颗粒，在后续对耐火预混料进行氮气烧结，使纳米铁酸钡磁性颗粒均匀分散在氮化硅的晶体之中，再通过对得到的耐火坯料进行充磁和磁场定向压制，从而使结合了纳米铁酸钡磁性颗粒的氮化硅晶体进行定向排列，减少了氮化硅复相耐火材料在热膨胀时内部受到的应力，降低其热膨胀系数，同时可以有效提高氮化硅复相耐火材料的热导率，从而提高其耐火性能。

Description

一种氮化硅复相耐火材料的制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体地说是一种氮化硅复相耐火材料的制备方法。
背景技术
高纯氮化硅具有高强度、高硬度、较高断裂韧性，以及耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗热冲击性能好等优良性能，对于我国高温工业中的耐火材料，氮化硅的这些优异性能可以极大提高耐火材料的性能，从而有助于扩大我国耐火材料的应用场景以及提高其使用寿命。
但是现有的高纯氮化硅在生产过程中，不仅对于原料品质要求高，而且通常需要经过高温合成、气相反应和热压烧结等多个步骤进行生产，在这些生产步骤中不仅对生产设备的材质要求高，而且对各步骤中工艺的控制精度要求也很高，从而导致高纯氮化硅的生产成本很高，大大限制了氮化硅在耐火材料领域中的广泛应用，针对这一问题，有研究人员尝试利用工业废料进行氮化硅耐火材料的生产来减少成本，但由于工业废料中存在大量杂质，且废料的成分结构杂乱无序，使生产的耐火材料的使用性能较差。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明研究出一种成本较低，制备方法简单，并且能使材料具备优秀耐火性能的氮化硅复相耐火材料的制备方法。
一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：熔模铸造废砂的赋磁处理
将熔模铸造废砂加入混碾机中干混，再加入水性聚氨酯树脂进行混碾，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂，将水性聚氨酯树脂包覆废砂和纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中干混，然后置于混碾机中继续混碾，再置于模压机中压制成型，得到废砂坯料，对废砂坯料进行热处理后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材；
S2：耐火预混料的制备
对磁性废砂铸材进行破碎，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和氧化锆球投入球磨机中，加入去离子水后进行球磨，得到球磨浆料，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到耐火预混料；
S3：耐火预混料的氮气烧结
将耐火预混料置于反应釜中，将反应釜抽真空后通入氮气，然后对耐火预混料进行高温加热，得到耐火坯料，将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中充磁，得到充磁耐火坯料；
S4：充磁耐火坯料的定向压制与烧结
将充磁耐火坯料填入模具中，然后将模具放置于模压机中，在磁场中进行匀速增压压制，得到坯体，将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气并进行烧结，自然冷却后得到氮化硅复相耐火材料。
进一步地，步骤S1熔模铸造废砂的赋磁处理，包括以下步骤：
S1.1：将8-10重量份的熔模铸造废砂加入混碾机中，以100-120rpm的混碾速度干混15-20分钟，然后将1.5-2重量份浓度为65-75％的水性聚氨酯树脂加入混碾机中，继续以100-120rpm的速度混碾15-20分钟，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂；
S1.2：将步骤S1.1制得的水性聚氨酯树脂包覆废砂和1-2重量份的纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中以120-150rpm的转速干混20-25分钟，然后加入混碾机中继续混碾15-20分钟，再置于模压机中以80-100Mpa的压力压制成型，得到废砂坯料；
S1.3：将废砂坯料置于箱式炉中，以4-5℃/min的升温速率从室温升至250-300℃，保温30-40分钟后再以2-3℃/min的升温速率升温至350-400℃，继续保温55-60分钟后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材。
进一步地，步骤S2耐火预混料的制备，包括以下步骤：
S2.1：将步骤S1.3制得的磁性废砂铸材置于破碎机中破碎至粒径为20-30mm，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和氧化锆球以1：(2-3)：(3-3.5)的质量比混合投入球磨机中，加入去离子水后启动球磨机，调节球磨机转速为250-300rpm，球磨1-1.5小时，得到球磨浆料；
S2.2：将球磨浆料置于喷雾干燥机中，调节入料温度为250-300℃，喷嘴角度为40-60°，出料温度为80-90℃，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到粒径为10-100μm的耐火预混料。
进一步地，步骤S3耐火预混料的氮气烧结，包括以下步骤：
S3.1：将步骤S2.2制得的耐火预混料置于反应釜中，密闭反应釜，然后将反应釜内抽至真空，再通入氮气，使反应釜中的气压达到1.5-2.5Mpa，然后以1250-1300℃的温度对耐火预混料进行加热，保温2-3小时，得到耐火坯料；
S3.2：将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中，调节脉冲磁场充磁器的磁场大小为1-1.5T对耐火坯料进行充磁，得到充磁耐火坯料。
进一步地，步骤S4充磁耐火坯料的定向压制与烧结，包括以下步骤：
S4.1：将充磁耐火坯料填入模具中，然后将模具放置于模压机中，并在模具周围设置一个2-2.5T的磁场，调节模压机的压力大小以18-20MPa/min的增压速度增压至100-120MPa，继续压制1-2分钟，得到坯体；
S4.2：将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气，在氮气氛围中以5-6℃/min的升温速率升温至1000-1050℃，再以2-3℃/min的升温速率升温至1250-1300℃，保温2-3小时，自然冷却至室温，得到氮化硅复相耐火材料。
进一步地，步骤S1.1中的熔模铸造废砂的目数为80-120目，成分为50-55wt％的SiO2，35-40wt％的Al2O3，6-8wt％的ZrO2，1.5-2wt％的Fe2O3，其余为少量CaO、MgO、K2O和Na2O金属氧化物。
进一步地，步骤S2.1中的氧化锆球粒径为1-2mm。
进一步地，步骤S2.1中的加入去离子水后球磨机中浆料固含量为60-65％。
进一步地，步骤S4.1中的模具为40mm×40mm×160mm的条状模具。
进一步地，步骤S4.1中的磁场是通过将电磁铁设置在模具周围，并对电磁铁通电产生的。
有益效果是：1、本发明通过对耐火坯料进行充磁和磁场定向压制，结合了纳米铁酸钡磁性颗粒的氮化硅晶体在磁场的作用下进行定向排列，减少了氮化硅复相耐火材料在热膨胀时内部受到的应力，降低其热膨胀系数，同时可以有效提高氮化硅复相耐火材料的热导率，减少热量堆积而产生的局部过热，从而提高其耐火性能。
2、本发明通过在熔模铸造废砂中加入纳米铁酸钡磁性颗粒，再进行混碾和热处理，使熔模铸造废砂中的SiO2对纳米铁酸钡磁性颗粒进行吸附，在后续耐火预混料的氮气烧结中，硅粉与氮气在高温条件下生成氮化硅，使铁酸钡磁性颗粒均匀分散在氮化硅的晶体之中，并与氮化硅晶体紧密结合，避免在后续烧结过程中氮化硅复相耐火材料的结构成分分布不均，从而提高了耐火材料的耐火性能。
3、本发明先通过水性聚氨酯树脂对熔模铸造废砂进行包覆，将所得的水性聚氨酯树脂包覆废砂与纳米铁酸钡磁性颗粒进行混碾，使纳米铁酸钡磁性颗粒均匀分布并粘结在废砂坯料中，提高后续热处理过程中熔模铸造废砂对铁酸钡磁性颗粒的吸附，并在磁性废砂铸材中引入C元素和N元素，在后续耐火预混料的氮气烧结过程中与氮化硅构成陶瓷相结合碳网络，提高了氮化硅复相耐火材料的耐火性能。
4、本发明通过利用硅粉和熔模铸造废砂作为主要材料来制备氮化硅复相耐火材料，其中熔模铸造废砂的主要成分为SiO2和Al2O3，在与硅粉混合后置于氮气氛围烧结，得到集氮化硅相、氧氮化硅相和塞隆相为主要成分的氮化硅复相耐火材料，制备方法简单，填补了单纯采用氮化硅在耐火材料中性能表现单一的缺陷，且熔模铸造废砂中的其他重金属元素在高温烧结处理后含量均能降至标准，在安全环保的前提下降低了氮化硅复相耐火材料的制备成本，为氮化硅复相材料在耐火材料中的应用打开了创新局面。
附图说明
图1为本发明的实施例所采用的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法流程图。
图2为本发明的实施例所生产的氮化硅复相材料的典型显微结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
实施例1
一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：熔模铸造废砂的赋磁处理
S1.1：将8重量份的熔模铸造废砂加入混碾机中，熔模铸造废砂的目数为80目，成分为50wt％的SiO2，40wt％的Al2O3，6wt％的ZrO2，2wt％的Fe2O3，其余为少量CaO、MgO、K2O和Na2O金属氧化物，以100rpm的混碾速度干混15分钟，然后将1.5重量份浓度为65％的水性聚氨酯树脂加入混碾机中，继续以100rpm的速度混碾15分钟，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂；
S1.2：将步骤S1.1制得的水性聚氨酯树脂包覆废砂和1重量份的纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中以120rpm的转速干混20分钟，然后加入混碾机中继续混碾15分钟，再置于模压机中以80Mpa的压力压制成型，得到废砂坯料；
S1.3：将废砂坯料置于箱式炉中，以4℃/min的升温速率从室温升至250℃，保温30分钟后再以2℃/min的升温速率升温至350℃，继续保温55分钟后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材。
S2：耐火预混料的制备
S2.1：将步骤S1.3制得的磁性废砂铸材置于破碎机中破碎至粒径为20mm，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和粒径为1mm的氧化锆球以1：2：3的质量比混合投入球磨机中，加入去离子水使浆料固含量为60％，然后启动球磨机，调节球磨机转速为250rpm，球磨1小时，得到球磨浆料；
S2.2：将球磨浆料置于喷雾干燥机中，调节入料温度为250℃，喷嘴角度为40°，出料温度为80℃，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到粒径为10μm的耐火预混料。
S3：耐火预混料的氮气烧结
S3.1：将步骤S2.2制得的耐火预混料置于反应釜中，密闭反应釜，然后将反应釜内抽至真空，再通入氮气，使反应釜中的气压达到1.5Mpa，然后以1250℃的温度对耐火预混料进行加热，保温2小时，得到耐火坯料；
S3.2：将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中，调节脉冲磁场充磁器的磁场大小为1T对耐火坯料进行充磁，得到充磁耐火坯料。
S4：充磁耐火坯料的定向压制与烧结
S4.1：将充磁耐火坯料填入40mm×40mm×160mm的条状模具中，然后将模具放置于模压机中，并在模具周围设置一个2T的磁场，调节模压机的压力大小以18MPa/min的增压速度增压至100MPa，继续压制1分钟，得到坯体；
S4.2：将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气，在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以2℃/min的升温速率升温至1250℃，保温2小时，自然冷却至室温，得到氮化硅复相耐火材料，采用显微镜观测氮化硅复相耐火材料得到显微结构图，如图2所示，其中柱状为氧氮化硅相和sialon相，富集的粒状为氮化硅相。
实施例2
一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：熔模铸造废砂的赋磁处理
S1.1：将10重量份的熔模铸造废砂加入混碾机中，熔模铸造废砂的目数为80目，成分为55wt％的SiO2，35wt％的Al2O3，8wt％的ZrO2，1.5wt％的Fe2O3，其余为少量CaO、MgO、K2O和Na2O金属氧化物，以100rpm的混碾速度干混15分钟，然后将2重量份浓度为65％的水性聚氨酯树脂加入混碾机中，继续以100rpm的速度混碾15分钟，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂；
S1.2：将步骤S1.1制得的水性聚氨酯树脂包覆废砂和2重量份的纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中以120rpm的转速干混20分钟，然后加入混碾机中继续混碾15分钟，再置于模压机中以80Mpa的压力压制成型，得到废砂坯料；
S1.3：将废砂坯料置于箱式炉中，以4℃/min的升温速率从室温升至250℃，保温30分钟后再以2℃/min的升温速率升温至350℃，继续保温55分钟后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材。
S2：耐火预混料的制备
S2.1：将步骤S1.3制得的磁性废砂铸材置于破碎机中破碎至粒径为20mm，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和粒径为1mm的氧化锆球以1：3：3.5的质量比混合投入球磨机中，加入去离子水使浆料固含量为65％，然后启动球磨机，调节球磨机转速为250rpm，球磨1小时，得到球磨浆料；
S2.2：将球磨浆料置于喷雾干燥机中，调节入料温度为250℃，喷嘴角度为40°，出料温度为80℃，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到粒径为10μm的耐火预混料。
S3：耐火预混料的氮气烧结
S3.1：将步骤S2.2制得的耐火预混料置于反应釜中，密闭反应釜，然后将反应釜内抽至真空，再通入氮气，使反应釜中的气压达到1.5Mpa，然后以1250℃的温度对耐火预混料进行加热，保温2小时，得到耐火坯料；
S3.2：将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中，调节脉冲磁场充磁器的磁场大小为1T对耐火坯料进行充磁，得到充磁耐火坯料。
S4：充磁耐火坯料的定向压制与烧结
S4.1：将充磁耐火坯料填入40mm×40mm×160mm的条状模具中，然后将模具放置于模压机中，并在模具周围设置一个2T的磁场，调节模压机的压力大小以18MPa/min的增压速度增压至100MPa，继续压制1分钟，得到坯体；
S4.2：将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气，在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以2℃/min的升温速率升温至1250℃，保温2小时，自然冷却至室温，得到氮化硅复相耐火材料，采用显微镜观测氮化硅复相耐火材料得到显微结构图，如图2所示，其中柱状为氧氮化硅相和sialon相，富集的粒状为氮化硅相。
实施例3
一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：熔模铸造废砂的赋磁处理
S1.1：将8重量份的熔模铸造废砂加入混碾机中，熔模铸造废砂的目数为120目，成分为50wt％的SiO2，40wt％的Al2O3，6wt％的ZrO2，2wt％的Fe2O3，其余为少量CaO、MgO、K2O和Na2O金属氧化物，以120rpm的混碾速度干混20分钟，然后将1.5重量份浓度为75％的水性聚氨酯树脂加入混碾机中，继续以120rpm的速度混碾20分钟，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂；
S1.2：将步骤S1.1制得的水性聚氨酯树脂包覆废砂和1重量份的纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中以150rpm的转速干混25分钟，然后加入混碾机中继续混碾20分钟，再置于模压机中以100Mpa的压力压制成型，得到废砂坯料；
S1.3：将废砂坯料置于箱式炉中，以5℃/min的升温速率从室温升至3000℃，保温40分钟后再以3℃/min的升温速率升温至400℃，继续保温60分钟后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材。
S2：耐火预混料的制备
S2.1：将步骤S1.3制得的磁性废砂铸材置于破碎机中破碎至粒径为30mm，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和粒径为1mm的氧化锆球以1：2：3的质量比混合投入球磨机中，加入去离子水使浆料固含量为60％，然后启动球磨机，调节球磨机转速为300rpm，球磨1.5小时，得到球磨浆料；
S2.2：将球磨浆料置于喷雾干燥机中，调节入料温度为300℃，喷嘴角度为60°，出料温度为90℃，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到粒径为100μm的耐火预混料。
S3：耐火预混料的氮气烧结
S3.1：将步骤S2.2制得的耐火预混料置于反应釜中，密闭反应釜，然后将反应釜内抽至真空，再通入氮气，使反应釜中的气压达到2.5Mpa，然后以1300℃的温度对耐火预混料进行加热，保温3小时，得到耐火坯料；
S3.2：将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中，调节脉冲磁场充磁器的磁场大小为1.5T对耐火坯料进行充磁，得到充磁耐火坯料。
S4：充磁耐火坯料的定向压制与烧结
S4.1：将充磁耐火坯料填入40mm×40mm×160mm的条状模具中，然后将模具放置于模压机中，并在模具周围设置一个2.5T的磁场，调节模压机的压力大小以20MPa/min的增压速度增压至120MPa，继续压制2分钟，得到坯体；
S4.2：将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气，在氮气氛围中以6℃/min的升温速率升温至1050℃，再以3℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3小时，自然冷却至室温，得到氮化硅复相耐火材料，采用显微镜观测氮化硅复相耐火材料得到显微结构图，如图2所示，其中柱状为氧氮化硅相和sialon相，富集的粒状为氮化硅相。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的不同之处在于，对比例1在步骤S1.2中未加入纳米铁酸钡磁性颗粒，并去除步骤S3.2，在步骤S4.1中未在模具周围设置一个2T的磁场，将磁性废砂铸材替换成废砂铸材，充磁耐火坯料替换成耐火坯料，其余步骤均与实施例1相同，将制得的氮化硅复相耐火材料记为对比例1。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的不同之处在于，对比例2在步骤S1.2中未加入纳米铁酸钡磁性颗粒，而是在步骤S2.1中将纳米铁酸钡磁性颗粒直接与铸材颗粒、硅粉和氧化锆球投入球磨机中，其余步骤均与实施例1相同，将制得的氮化硅复相耐火材料记为对比例2。
对比例3
与实施例1相比，对比例3的不同之处在于，对比例3在步骤S1.1中未加入水性聚氨酯树脂，将熔模铸造废砂加入混碾机中干混后直接和纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机进行干混，其余步骤均与实施例1相同，将制得的氮化硅复相耐火材料记为对比例3。
分别取实施例制备的氮化硅复相耐火材料、对比例1、对比例2和对比例3，分别锯取出三份上底每边长2mm,下底每边长8mm,高30mm的试验锥，参照《GBT7322-2007耐火材料耐火度实验方法》，将试验锥置于耐火炉中以5℃/min升温速率进行加热，炉内保持氧气浓度为21％的氧化气氛，当任一试验锥弯倒至其尖端接触锥台时，记录测温热电偶测试的温度，直至所有试验锥或标准测温锥弯倒至其尖端接触锥台时，记录数据并制成表格，如表1所示，可以看出实施例制备的氮化硅复相耐火材料的耐火度＞对比例2的耐火度＞对比例3的耐火度＞对比例1的耐火度，可以证明在熔模铸造废砂中加入纳米铁酸钡磁性颗粒,保证了烧结过程中氮化硅复相耐火材料的结构成分分布均匀，从而提高了耐火材料的耐火性能，同时可以证明纳米铁酸钡磁性颗粒和氮化硅结合后，通过对耐火坯料进行充磁和磁场定向压制可以有效提高氮化硅复相耐火材料的耐火性能，还可以证明通过水性聚氨酯树脂对熔模铸造废砂进行包覆，再与纳米铁酸钡磁性颗粒进行混碾，同样能够提高氮化硅复相耐火材料的耐火性能。
表1：耐火材料的耐火度
耐火度/℃ 第一份 第二份 第三份
实施例1 ＞1800 ＞1800 ＞1800
实施例2 ＞1800 ＞1800 ＞1800
实施例3 ＞1800 ＞1800 ＞1800
对比例1 1523 1521 1520
对比例2 1726 1728 1725
对比例3 1712 1716 1714
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：熔模铸造废砂的赋磁处理
将熔模铸造废砂加入混碾机中干混，再加入水性聚氨酯树脂进行混碾，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂，将水性聚氨酯树脂包覆废砂和纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中干混，然后置于混碾机中继续混碾，再置于模压机中压制成型，得到废砂坯料，对废砂坯料进行热处理后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材；
S2：耐火预混料的制备
对磁性废砂铸材进行破碎，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和氧化锆球投入球磨机中，加入去离子水后进行球磨，得到球磨浆料，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到耐火预混料；
S3：耐火预混料的氮气烧结
将耐火预混料置于反应釜中，将反应釜抽真空后通入氮气，然后对耐火预混料进行高温加热，得到耐火坯料，将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中充磁，得到充磁耐火坯料；
S4：充磁耐火坯料的定向压制与烧结
将充磁耐火坯料填入模具中，然后将模具放置于模压机中，在磁场中进行匀速增压压制，得到坯体，将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气并进行烧结，自然冷却后得到氮化硅复相耐火材料。
2.根据权利要求1所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S1熔模铸造废砂的赋磁处理，包括以下步骤：
S1.1：将8-10重量份的熔模铸造废砂加入混碾机中，以100-120rpm的混碾速度干混15-20分钟，然后将1.5-2重量份浓度为65-75％的水性聚氨酯树脂加入混碾机中，继续以100-120rpm的速度混碾15-20分钟，得到水性聚氨酯树脂包覆废砂；
S1.2：将步骤S1.1制得的水性聚氨酯树脂包覆废砂和1-2重量份的纳米铁酸钡磁性颗粒置于滚筒混料机中以120-150rpm的转速干混20-25分钟，然后加入混碾机中继续混碾15-20分钟，再置于模压机中以80-100Mpa的压力压制成型，得到废砂坯料；
S1.3：将废砂坯料置于箱式炉中，以4-5℃/min的升温速率从室温升至250-300℃，保温30-40分钟后再以2-3℃/min的升温速率升温至350-400℃，继续保温55-60分钟后自然冷却至室温，得到磁性废砂铸材。
3.根据权利要求2所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S2耐火预混料的制备，包括以下步骤：
S2.1：将步骤S1.3制得的磁性废砂铸材置于破碎机中破碎至粒径为20-30mm，得到铸材颗粒，将铸材颗粒、硅粉和氧化锆球以1：2-3：3-3.5的质量比混合投入球磨机中，加入去离子水后启动球磨机，调节球磨机转速为250-300rpm，球磨1-1.5小时，得到球磨浆料；
S2.2：将球磨浆料置于喷雾干燥机中，调节入料温度为250-300℃，喷嘴角度为40-60°，出料温度为80-90℃，对球磨浆料进行喷雾干燥，得到粒径为10-100μm的耐火预混料。
4.根据权利要求3所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S3耐火预混料的氮气烧结，包括以下步骤：
S3.1：将步骤S2.2制得的耐火预混料置于反应釜中，密闭反应釜，然后将反应釜内抽至真空，再通入氮气，使反应釜中的气压达到1.5-2.5Mpa，然后以1250-1300℃的温度对耐火预混料进行加热，保温2-3小时，得到耐火坯料；
S3.2：将耐火坯料置于脉冲磁场充磁器中，调节脉冲磁场充磁器的磁场大小为1-1.5T对耐火坯料进行充磁，得到充磁耐火坯料。
5.根据权利要求1所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S4充磁耐火坯料的定向压制与烧结，包括以下步骤：
S4.1：将充磁耐火坯料填入模具中，然后将模具放置于模压机中，并在模具周围设置一个2-2.5T的磁场，调节模压机的压力大小以18-20MPa/min的增压速度增压至100-120MPa，继续压制1-2分钟，得到坯体；
S4.2：将坯体置于流动气氛烧结炉中，持续通入氮气，在氮气氛围中以5-6℃/min的升温速率升温至1000-1050℃，再以2-3℃/min的升温速率升温至1250-1300℃，保温2-3小时，自然冷却至室温，得到氮化硅复相耐火材料。
6.根据权利要求2所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S1.1中的熔模铸造废砂的目数为80-120目，成分为50-55wt％的SiO2，35-40wt％的Al2O3，6-8wt％的ZrO2，1.5-2wt％的Fe2O3，其余为少量CaO、MgO、K2O和Na2O金属氧化物。
7.根据权利要求3所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S2.1中的氧化锆球粒径为1-2mm。
8.根据权利要求3所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S2.1中的加入去离子水后球磨机中浆料固含量为60-65％。
9.根据权利要求5所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S4.1中的模具为40mm×40mm×160mm的条状模具。
10.根据权利要求5所述的一种氮化硅复相耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤S4.1中的磁场是通过将电磁铁设置在模具周围，并对电磁铁通电产生的。
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