[發(fā)明專利]一種Al7O3N5結(jié)合剛玉質(zhì)復(fù)合耐火材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710007248.4
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106588024A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勇;秦海霞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/66;C04B35/634;C04B38/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及Al₇O₃N₅結(jié)合剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，用于煉鐵高爐、煉鋼鋼包、爐外精煉爐和水泥窯用耐火材料的領(lǐng)域。

根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)，人們將Al₂O₃-AlN二元系的AlON固溶體分為纖維鋅礦和尖晶石兩大類。目前對于AlON的研究主要集中在尖晶石型領(lǐng)域，對于纖維鋅礦型的AlON，人們將其稱為多型體。Al₇O₃N₅即為一種纖維鋅礦結(jié)構(gòu)的AlON多型體。AlON具有高硬度、高熔點(diǎn)、高熱傳導(dǎo)率和優(yōu)異的抗化學(xué)侵蝕性以及抗氧化性能，其應(yīng)用范圍很廣，尤其是高溫材料領(lǐng)域和透明材料領(lǐng)域。AlON陶瓷材料的制備方法主要是以Al₂O₃和AlN為原料，在高溫?zé)釅旱臈l件下或者通過添加稀有金屬添加劑；或者金屬Al、Al₂O₃為原料，進(jìn)行氮化燒成制備AlON陶瓷。這兩種方法的成本都較高，前者由于高溫?zé)釅簵l件難以在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)，稀有金屬較為昂貴；后者由于金屬鋁成本較高、且保存時有爆炸的危險，因此這兩種方法都難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化推廣。此外還有一種應(yīng)用較廣的制備方法為碳熱還原氮化Al₂O₃制備AlON陶瓷，該方法采用Al₂O₃粉和石墨或者碳粉作為原料，無需加入添加劑，通過無壓燒結(jié)即可制備AlON陶瓷。然而該方法的難點(diǎn)在于Al₂O₃/C的比例難以控制，C含量太少Al₂O₃不能完全轉(zhuǎn)化為AlON；C含量太多會將Al₂O₃還原為AlN。因此，為控制反應(yīng)，人們往往通過多步合成法，先在較低溫度合成AlN，再添加Al₂O₃合成AlON；而且為降低材料中最終的C含量，需要最終采用除碳工藝移除多余的C。

通常為合成AlON增強(qiáng)的耐火材料，人們通常先合成AlON粉或者添加商業(yè)AlON粉；或者添加稀有金屬添加劑，可制備出抗鐵水侵蝕、抗堿侵蝕性能優(yōu)越的高強(qiáng)度耐火材料。由于熱力學(xué)數(shù)據(jù)缺失、相圖尚有爭議，關(guān)于Al₇O₃N₅研究較少，Al₇O₃N₅結(jié)合剛玉耐火材料的制備也鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中Al₇O₃N₅結(jié)合剛玉耐火材料制備方法有限，成本較高的缺陷不足，本發(fā)明提供了一種可用于煉鐵高爐、煉鋼鋼包、爐外精煉爐和水泥窯耐火材料的制備方法。

一種Al₇O₃N₅結(jié)合剛玉質(zhì)復(fù)合耐火材料的制備方法，本發(fā)明以燒結(jié)剛玉顆粒、電熔剛玉粉、活性氧化鋁微粉作為原料，另外添加瀝青作為結(jié)合劑，將原料混合后進(jìn)行混煉，經(jīng)壓制成型，在流動氮?dú)庵袩Y(jié)，氮化燒結(jié)后自然冷卻。燒成過程中，瀝青高溫?zé)Y(jié)后的殘?zhí)繉钚訟l₂O₃微粉碳熱還原氮化，在燒結(jié)過程中，原位合成基質(zhì)中的活性氧化鋁微粉經(jīng)反應(yīng)形成片狀的Al₇O₃N₅，其微觀結(jié)構(gòu)呈互相交織的層片狀，作為結(jié)合相增強(qiáng)剛玉質(zhì)材料。

瀝青高溫?zé)Y(jié)后的殘?zhí)繉钚訟l₂O₃微粉碳熱還原氮化，在燒結(jié)過程中原位合成，其微觀結(jié)構(gòu)呈互相交織的層片狀，可增強(qiáng)耐火材料基質(zhì)。

進(jìn)一步的所述燒結(jié)剛玉顆粒粒徑為3-1mm，1-0mm，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為40-50％，10-20％，電熔剛玉粉粒徑小于88μm，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15-25％，活性氧化鋁微粉粒徑為5-20μm，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5-25％，結(jié)合劑瀝青質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3-5％。

進(jìn)一步的壓制成型壓力為15-40MPa，氮?dú)饧兌葹椴恍∮?9.99％，氮化燒結(jié)溫度1350-1550℃，氮化時間8-24h。