[發明專利]一種制備蔗糖-酚醛樹脂結合SiC-Si3N4-C復相耐火材料的方法

在審

• 申請號: 201410821894.0
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104803690A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 尹兆鈺;黃朝暉;吳小文;張之介;房明浩;劉艷改
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 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：

本發明涉及一種制備蔗糖-酚醛樹脂結合SiC-Si₃N₄-C復相耐火材料的方法，屬于耐火材料技術領域。

背景技術：

含碳耐火材料是耐火材料體系中的重要部分，它是適應鋼鐵冶金新技術新工藝發展起來的高性能耐火材料，具有熱導率高、熱膨脹低、抗熱震穩定性及抗渣侵蝕性能好等優異的性能，能夠大幅度地提高耐火材料的使用壽命、提高鋼的質量和降低冶金耐火材料的單耗，產生了顯著的經濟效益和社會效益。其體系主要包括Si₃N₄-SiC-C、Sialon-SiC-C、MgO-C、Al₂O₃-MgO-C等含碳耐火材料。其中，結合劑是含碳氧化物-非氧化物耐火材料生產的核心問題，是提供含碳氧化物-非氧化物耐火材料常溫和中高溫強度的重要保障。結合劑質量的好壞，在很大程度上影響著這些高性能耐火材料的生產和質量。它對坯料的混煉、成型性能，以及制品的顯微結構都會產生非常大的影響。

現階段含碳耐火材料的結合劑主要是以瀝青和酚醛樹脂為主。過去生產碳結合的耐火材料最常用的結合劑是煤焦油瀝青。煤焦油瀝青的主要的致命缺點就是含有致癌的芳香烴，尤其是苯并芘。研究表明，煤焦油瀝青含(10000～13000)×10^-6苯并芘，對身體健康和環境帶來了較大的危害，其使用已經受到了很大的限制。而石油瀝青使用時需要加熱成型，雖然它的苯并芘含量只有焦油瀝青的1/15，但是它的殘碳率比較低。近年來，酚醛樹脂由于其粘結性好，殘碳率高，在常溫下能混合成型，與石墨有良好的潤濕性，成型的坯體強度較高，被廣泛使用作為高性能含碳耐火材料的結合劑。然而酚醛樹脂是由苯酚和甲醛反應制得，在作為含碳耐火材料結合劑使用的時候，在研發、生產和使用的過程中都會放出一定量的甲醛和酚類化合物等有害氣體，其中，酚醛樹脂中含有游離酚5～6％，游離醛1.2～1.5％。長期接觸這些有害氣體會使人誘發鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮膚和消化道等一系列癌癥。因此，我們急需要尋找新型環保結合劑來替代酚醛樹脂和煤焦油瀝青。鑒于酚醛樹脂和煤焦油瀝青對人體健康和環境帶來的嚴重危害，本發明人提出以蔗糖作為結合劑制備含碳耐火材料。該含碳耐火材料具有原料來源廣、生產成本低、綠色環保、性能好、制備工藝操作簡單的特點，能夠產生顯著的經濟與環境效益。

發明內容：

本發明的目的是針對含碳耐火材料用酚醛樹脂和煤焦油瀝青作為結合劑存在環境污染和損害人體健康的突出問題，提出一種新型環保的糖類作為含碳耐火材料的結合劑。

本發明的技術方案如下：選取不同粒徑的SiC和Si₃N₄作為骨料。將適量蔗糖倒入酒精中，并用玻璃棒攪拌至無明顯顆粒，然后將上述透明液體倒入適量的酚醛樹脂液中，用玻璃棒攪拌至成為均一不分層的乳濁液，以作混合結合劑使用；為保證混料均勻，采用水泥攪拌機混料，先將粗顆粒和中細顆粒的SiC和Si₃N₄倒入攪拌池內，開動攪拌機，至不同粒徑的SiC和Si₃N₄混合均勻；將配制好的結合劑溶液倒入混合均勻的顆粒物料內，再次開動攪拌機攪拌0.5h至結合劑完全包裹住顆粒；此時再倒入各種細粉，并攪拌0.5h至細粉與顆粒料、結合劑混合均勻。將攪拌混合均勻的物料倒入托盤內，置于室溫下自然干燥6h，然后放入烘箱內65℃烘干1h。物料成型，將成型的試樣在氮氣保護氛圍下，分別在1000℃、1100℃、1200℃條件下進行高溫熱處理1h，即可得到SiC-Si₃N₄-C復相耐火材料。

所述的不同粒徑的SiC，粒徑范圍包括0-0.044mm，0.1-0.5mm，0.5-1mm，純度95％-97％。

所述的不同粒徑的Si₃N₄，粒徑范圍包括0-0.068mm，0.1-0.5mm，0.5-1mm，純度90％-95％。

所述的蔗糖為分析純。

本發明的有益效果是，所制備出的耐火材料具有低成本、高性能、低污染等優點。

下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。

圖1為蔗糖添加量和熱處理溫度對抗折強度的影響(蔗糖在結合劑的質量分數，wt％)。

圖2為蔗糖添加量和熱處理溫對抗壓強度的影響(蔗糖在結合劑的質量分數，wt％)。

圖3為蔗糖添加量和熱處理溫體積密度的影響(蔗糖在結合劑的質量分數，wt％)。