[發明專利]一種碳化硅耐火材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710444747.X
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107324818A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 徐華
• 申請（專利權）人: 長興華悅耐火材料廠
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/565;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及一種耐火材料技術領域，具體而言涉及一種碳化硅耐火材料及其制備方法。

背景技術

在冶金過程中，熔爐內襯與鋼水導流、控流器常常要經受溫度激變，對這些部位所使用的耐火材料要求具有很高的耐熱震性。由于石墨在環境溫度激變時，可以快速傳導熱量，降低材料內部溫度梯度，減小熱應力，從而保護材料熱震不開裂，所以含碳耐火材料廣泛應用于冶金過程中熱震強烈的部位。

目前含碳耐火材料普遍采用酚醛樹脂做結合劑，高溫燒成后形成玻璃碳結合耐火材料。然而這種玻璃態的結合碳存在兩項缺點：一是抗氧化性差，酚醛樹脂炭化后形成的玻璃碳從500℃就開始氧化燒蝕，結合碳的氧化會導致材料失去結合力，結構變得疏松，容易剝落或被熔融金屬沖蝕；二是強度低、呈玻璃脆性，在一定的應力存在下，會發生開裂情況甚至會發生脆性斷裂。

針對結合碳的抗氧化性差，一般采用內部摻入抗氧化劑和表面施涂抗氧化涂料來保護含碳耐火材料。所摻入的抗氧化劑一般為比結合碳更易氧化的一些金屬粉末，因為其摻入量有限，所以只能在短時間內發揮抗氧化作用。熔爐內襯用含碳耐火材料和熔融金屬導流、控流用含碳耐火材料浸沒在熔融金屬中的部位，表面的防氧化涂層受到熔融金屬的溶蝕會逐漸喪失對含碳材料的防氧化保護。一些瀝青浸漬含碳耐火材料，由于表面光滑和使用條件的限制難以涂敷抗氧化涂層，在烘烤時發生很容易發生碳結合氧化。

因此目前需要一種具有良好的強度、韌性和強抗熱震性抗氧化性的碳化硅耐火材料。

發明內容

為了解決上述問題提供一種具有良好的強度、韌性和強抗熱震性、抗氧化性的碳化硅耐火材料，本發明采用以下技術方法：

一種碳化硅耐火材料，包括以下重量份的原料：

碳化硅粉體50~70份、硅粉4~12份、鋁粉15~20份、二氧化鈦粉2~5份、氧化鋁粉4-7份、白云母粉3~5份，絹云母粉2~4份、氮化硼粉2~6份、碳酸鈣粉1~3份、二氧化硅粉1~3份、木質素磺酸鈉5~6份、石墨粉1~2份，四硼酸鈉5~10份，聚硅烷10~15份。

首先本發明采用了白云母粉和絹白云母粉共同使用的方案，首先加入白云母可以提高材料的韌性和機械強度，而絹云母屬于單斜晶體，可以增強材料的耐磨性，兩者配合使用時，白云母和絹云母填充在碳化硅晶體之間的空隙中，絹云母因為晶體更加細密可以填充進白云母無法填充的縫隙，便于原料的混合，白云母和絹白云母在高溫下熔化，增強了晶體之間的結合強度，進一步提高了耐火材料的韌性和內部強度。

其次本發明使用了木質素磺酸鈉，由于木質素磺酸鈉的組織結構上存在各種活性基，因而能與碳化硅晶體表面發生氫鍵作用，可以增強晶體的結構強度，從而增強耐火材料的強度。

燒結過程中聚硅烷在加熱過程熱轉位反應，使側鏈上的甲基以亞甲基的形式，導入主鏈的硅原子之間，形成聚碳硅烷，而且聚碳硅烷會進一步裂解為含鋯碳化硅纖維。高溫裂解形成的碳化硅纖維在燒結處理時，由于溫度的影響，會在表面生成一層致密的二氧化硅，隨著高溫氧化時間的延長，這層致密二氧化硅逐漸增厚將內部包裹起來，防止進一步氧化，從而增強了耐火磚的抗氧化性，而且含鋯碳化硅纖維可以將其他材料粘結起來，增強了本發明的強度和韌性及抗熱震性，從而使耐火磚具有優良的抗熔渣滲透性、抗剝落性和抗渣蝕性。

聚碳硅烷所形成的碳化硅纖維具有良好的抗拉強度、傳熱能力和較低的熱膨脹系數。由于材料的拉伸強度高，因此提高材料所能承受的內應力大，減少了材料發生開裂的可能；而材料的熱導率高可以使得材料在被加熱時可以快速傳導熱量，從而降低材料內部的溫度梯度，從而降低了材料內部因為溫度梯度而產生的內應力；而低的熱膨脹率使得材料內部存在溫度梯度時形成內應力小，減少材料在加熱是發生開裂的可能?？傮w而言，聚碳硅烷有效減小了材料內部的內應力，增強了材料的耐熱震性，防止材料發生開裂的情況，同時也增加了材料的抗氧化性。

另外本發明還使用了氮化硼、鋁粉、氧化鋁粉及四硼酸鈉配合使用的方案，在燒結過程中會在碳化硅中生成碳化硼-鋁的復合物，該復合物與碳化硅纖維共同形成網狀結構，可以加強材料的韌性，耐磨性，導熱性和抗沖擊強度，同時與二氧化鈦共同作用起到改善材料的表面潤濕性的作用，可以使得碳化硅和其他原料易于熔滲，從而可以降低反應溫度和燒結時間，節約成本。同時反應也會有少量的氮化硅產生，少量的氮化硅可以起到粘結碳化硅晶體從而增強材料的抗熱震性的作用，此外氮化硼還可以抑制晶體的生長，使得本發明內晶體的粒度更加地細密，有助于增強本發明的強度。