[發(fā)明專利]利用生物質(zhì)電廠灰制備Si3N4/SiC復(fù)合陶瓷粉末的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310686886.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN103641484A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 員文杰;鄧承繼;樊明宇;李君;祝洪喜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/584
• 分類號(hào): C04B35/584;C04B35/565;C04B35/626
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷粉末技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種利用生物質(zhì)電廠灰制備Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷粉末的方法。

背景技術(shù)

生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，同時(shí)也是唯一可再生的碳源。生物質(zhì)能通常用稻殼、秸稈、樹皮等“綠色能源”作為燃料來(lái)發(fā)電。

隨著生物質(zhì)電廠的發(fā)展，以稻殼、秸稈和薪材等生物質(zhì)為原料進(jìn)行發(fā)電，將產(chǎn)生大量電廠灰。這種固體廢棄物如不能進(jìn)行資源化利用，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。生物質(zhì)電廠灰的主要成分為SiO₂和殘余的碳以及Al、Fe、Ca、K和Mg等雜質(zhì)元素。若能將其進(jìn)行綜合利用，形成生物質(zhì)-發(fā)電-原材料循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，將完全解決生物質(zhì)能電廠廢料的環(huán)境污染問(wèn)題。由于生物質(zhì)電廠灰的化學(xué)成分與稻殼灰有很大差異，含有的雜質(zhì)元素較多，并不能簡(jiǎn)單地作還田處理，其高效綜合利用已成為亟待解決的問(wèn)題。

Si₃N₄和SiC均為共價(jià)鍵性極強(qiáng)的化合物，有相似的物理和化學(xué)性能。Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷，具有許多良好的物化性能：具有高溫強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化點(diǎn)高、較低的熱膨脹系數(shù)、抗高溫蠕變、抗酸能力強(qiáng)、不被有色金屬潤(rùn)濕和抗氧化性能好等特點(diǎn)，可被廣泛用于高溫陶瓷部件、衛(wèi)生陶瓷、電子陶瓷、建筑陶瓷和磨具等，作為高溫陶瓷窯具也有著廣闊的市場(chǎng)。

對(duì)于Si₃N₄/SiC材料的研究一直受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)學(xué)者近年對(duì)該材料也進(jìn)行了大量研究，并取得較大的進(jìn)展。目前生產(chǎn)Si₃N₄/SiC材料普遍采用的工藝是在SiC原料中摻入Si粉，成型后在氮?dú)鈿夥罩蟹磻?yīng)燒結(jié)(1200～1400℃)。但是采用的原料SiC和硅單質(zhì)均由高溫冶煉制得，其工藝復(fù)雜、生產(chǎn)耗能和成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種原料豐富、固體廢棄物綜合利用、成本低、工藝簡(jiǎn)單和易于工業(yè)化生產(chǎn)的利用生物質(zhì)電廠灰制備Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷粉末的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：按SiO₂與C的摩爾比為1︰(2～7)，先將碳素材料加入生物質(zhì)電廠灰中，混合5～60分鐘，再將混合后的原料壓成坯體；然后將壓成坯體放入氣氛爐中，在氮?dú)鈿夥蘸?530～1580℃條件下煅燒2～8小時(shí)，隨爐自然冷卻至室溫，制得到Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷粉末。

其中，氮?dú)饬髁繛?.05～0.25L/min。

所述的生物質(zhì)電廠灰為生物質(zhì)電廠入爐燃料燃燒后的產(chǎn)物，生物質(zhì)電廠灰中的SiO₂含量>60wt%；所述燃料為稻殼、薪材和秸稈。

所述的碳素材料中的C含量>90wt%，粒度<0.1mm；碳素材料為炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一種。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所采用的生物質(zhì)電廠灰和碳素材料來(lái)源廣泛，制備的復(fù)合陶瓷粉末中Si₃N₄和SiC物相由原料經(jīng)過(guò)碳熱還原氮化反應(yīng)生成，原料中的雜質(zhì)元素Fe轉(zhuǎn)化為Fe₃Si，充分利用了生物質(zhì)電廠灰的化學(xué)組分，易于工業(yè)化生產(chǎn)，為高性能陶瓷材料的制備提供了優(yōu)良的原料。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢棄物-生物質(zhì)電廠灰的綜合利用，采用的原料并非高溫冶煉制得的SiC和硅單質(zhì)，故工藝簡(jiǎn)單和生產(chǎn)耗能小，不僅能降低Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷材料的生產(chǎn)成本，且能促使生物質(zhì)-發(fā)電-原材料的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的形成。

因此，本發(fā)明具有原料豐富、生產(chǎn)成本低、易于工業(yè)化生產(chǎn)和固體廢棄物綜合利用的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的一種Si₃N₄/SiC復(fù)合陶瓷粉末XRD圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。