[發明專利]一種無水泥的原位氮化硅結合碳化硅預制件及制備方法

無效

• 申請號: 201010159653.6
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101823892A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 王慧芳;周寧生;張三華;胡書禾;畢玉保;孟慶新;于仁紅
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種工業高溫領域所用的碳化硅預制件，尤其涉及一種無水泥的 原位氮化硅結合碳化硅預制件及制備方法。

背景技術

目前，水泥窯的風力管道、高爐爐喉和風口、熔融金屬的輸送管道及形狀 復雜的結構部件等處使用的材料主要為剛玉基材料和氮化物結合的碳化硅基耐 火材料。這些材料存在以下不足：(1)水泥作為結合體系的組分之一。由于水 泥中含有鈣鹽，在鋁硅系的耐火材料中，鈣的化合物在高溫下會生成低熔點相， 影響材料的熱態性能。(2)大噸位的機壓成形，生產投資大，成本高，周期長。 (3)由于采用機壓成形，無法制作結構復雜的元件。(4)氮化硅結合碳化硅材 料有的是在原料中直接加入氮化硅，由于碳化硅和氮化硅都是共價健極強的化 合物，在很高的溫度下仍能保持高的鍵合強度，決定了添加氮化硅結合碳化硅 的材料其熱處理過程對溫度的要求高，對性能的改善是有限的。(5)氮化硅結 合碳化硅材料有的是在原料中加入金屬硅粉，在高純氮氣中高溫下讓材料組分 發生反應生成碳化硅，但由于是采用機壓成形的工藝，制品中殘硅含量較高， 氮化物晶體發育不完全，導致在高溫使用條件下熔融硅對材料強度的不利影響。 以上這些缺點導致碳化硅基的耐火材料無法應用于高溫工業中形狀復雜、對性 能要求苛刻的部位。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術問題存在的不足，提供一種易施工，成 本低，產品形狀靈活，熱態強度高，抗侵蝕性強，致密耐磨的無水泥原位氮化 硅結合的碳化硅預制件以及它的制備方法。

本發明所采用的技術方案是：這種無水泥的原位氮化硅結合碳化硅預制件是 由碳化硅、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉和水硬性氧化鋁為原料，外 加分散劑和水或硅溶膠組成。

原料中碳化硅、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、水硬性氧化鋁的重 量份數及加入比例為：碳化硅81-90份，金屬硅粉7-12份，氧化鋁微粉2- 10份，二氧化硅微粉0-6份，水硬性氧化鋁0-6份，總份數為100份。水或 硅溶膠、分散劑的加入量分別占碳化硅、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微 粉和水硬性氧化鋁總重量的百分比為：水4-7％或硅溶膠8％-16％，分散劑 0.01-0.015％。

所述的碳化硅具有不同的粒度等級，其粒度分布在0-0.044mm、0.044mm -0.074mm、0.074-1mm、1-3mm、3-5mm中的兩個或兩個以上的粒度區 間。

所述的金屬硅粉具有不同的粒度等級，其粒度分布在0-0.02mm、0.02mm -0.044mm、和0.044mm-0.074mm中的1個或1個以上的區間。

所述的硅溶膠的特征為二氧化硅的重量占整個硅溶膠的重量的40％。

所述的分散劑為三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的混合物，其中三聚磷酸鈉占碳化 硅、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉和水硬性氧化鋁總重量的百分比 0.003-0.006％，六偏磷酸鈉占碳化硅、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉和 水硬性氧化鋁總重量的百分比0.007-0.01％。

將上述各原料按以上比例進行配料，混合均勻后，采用振動澆注的方法成形， 經養護、干燥后，在高純流動氮氣中高溫氮化處理，得到這種無水泥的原位氮 化硅結合碳化硅預制件。

本發明的原理在于：應用“原位形成氮化硅”的理念，改變在原料中直接 加入氮化硅的方式，而是在原料中加入金屬硅粉，在高純流動氮氣及高溫條件 下，使金屬硅粉和氮氣“原位”的生成氮化硅的結合相。在顆粒間存在一些相 互連通的氣孔，通氮氣氮化形成的氮化硅就在這些氣孔中生長，與其它基質或 顆粒緊密結合在一起，從實驗樣品的顯微結構分析顯示，基質中各物相呈均勻 分布，大量的網絡狀骨架結構的氮化硅結合相穿插其間，這樣的結構會使最終 材料的熱態強度、韌性、耐磨性等性能得到大幅度地提高。

本發明采用了無水泥結合體系。硅溶膠和水硬性氧化鋁結合屬于無水泥結 合。由于水泥中含有鈣，在氧化鋁和氧化硅的基質中，如果有鈣的化合物在高 溫下會形成低熔點相，對材料的最終強度是不利的，尤其是熱態強度、熱態耐 磨性。而采用無水泥結合，避免了高溫下低熔點物的形成，從而有利于熱態強 度的提高。