[發(fā)明專利]一種原位定向非氧化物增強(qiáng)碳化硅磚及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810981491.0
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109133958B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李紀(jì)偉;邵淑英;賈博;侯春玲;畢振勇;陳魚軍
• 申請（專利權(quán)）人: 河南海格爾高溫材料有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/636;C04B35/634;C04B35/632
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本發(fā)明公開了一種成本低廉、工藝簡單、氮化反應(yīng)更充分、冷熱態(tài)強(qiáng)度更高、韌性更好且使用壽命顯著提高的一種原位定向非氧化物增強(qiáng)碳化硅磚及其制備方法。主料包括碳化硅骨料和粉料、金屬硅、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉，本發(fā)明在創(chuàng)新地現(xiàn)有碳化硅磚工藝基礎(chǔ)上，引進(jìn)有機(jī)纖維，有機(jī)纖維在低溫（低于200度）下可被融化或燒失而留下纖維狀空間，高溫氮氣環(huán)境下，Si和N₂以氣相方式優(yōu)先在該纖維空間內(nèi)形成非氧化結(jié)合相并獲得更好的發(fā)育程度，從而在磚體內(nèi)部形成呈纖維狀彌散穿插分布的簇狀非氧化物相，從而提高碳化硅磚的強(qiáng)度和韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅磚，尤其涉及一種原位定向非氧化物增強(qiáng)碳化硅磚及其制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅磚是以碳化硅骨料及細(xì)粉為主要原料，選擇合適結(jié)合方式，通過機(jī)壓或澆注成形，再經(jīng)烘烤和高溫?zé)芍螳@得的高檔耐火材料，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高、冷熱態(tài)強(qiáng)度高、耐磨性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色冶金、石化等行業(yè)的高溫窯爐內(nèi)襯上。

碳化硅（SiC）磚按照結(jié)合方式分為氧化物結(jié)合和非氧化物結(jié)合兩大類。非氧化物結(jié)合根據(jù)具體結(jié)合物相, 又可分為氮化硅（Si₃N₄）結(jié)合、氧氮化硅（Si₂N₂O）結(jié)合和塞隆（Sialon）結(jié)合。

碳化硅磚的原料主要為碳化硅、金屬硅以及SiO₂、Al₂O₃（視品種選擇）等少量添加組分，常用結(jié)合劑為木質(zhì)素磺酸鈣、糊精或樹脂。采用壓制成型和高溫氮化燒成。在氮化燒成中，金屬硅與氮氣（N₂）通過氣相反應(yīng)生成Si₃N₄以及Si₂N₂O、Sialon等非氧化物結(jié)合相，從而產(chǎn)生極好的冷、熱態(tài)強(qiáng)度。

非氧化物結(jié)合碳化硅磚在生產(chǎn)過程中，氮化程度受制品形狀尤其是厚度的影響很大，因為與氮氣的反應(yīng)總是自磚體表面開始，逐步向里，當(dāng)磚體過厚時，表層氮化程度較高,而內(nèi)部氮化程度低，使得內(nèi)外成分及強(qiáng)度均有差異。加之碳化硅磚在使用中需經(jīng)受頻繁的冷熱循環(huán)以及極高的溫度梯度，使其常因磚體內(nèi)部熱應(yīng)力過大而損毀。鑒于此，如何提高和促進(jìn)碳化硅磚在氮化燒成中的氮化程度和效率并進(jìn)一步提高碳化硅磚的冷熱態(tài)強(qiáng)度是非氧化物結(jié)合碳化硅磚的研究重點之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題存在的不足，提供一種成本低廉、工藝簡單、氮化反應(yīng)更充分、冷熱態(tài)強(qiáng)度更高、韌性更好且使用壽命顯著提高的一種原位定向非氧化物增強(qiáng)碳化硅磚及其制備方法。

本發(fā)明包括主料、防氧化劑和結(jié)合劑，主料包括碳化硅骨料和粉料、金屬硅、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉，加入重量份數(shù)為：碳化硅骨料和粉料70-85份，金屬硅10-25份，氧化鋁微粉0-3份, 二氧化硅微粉0-5份; 防氧化劑加入量是主料總重量的0-2%，結(jié)合劑加入量是主料總重量的2-5%，有機(jī)纖維加入量是主料總重量的0.1-0.5%。

其中防氧化劑、結(jié)合劑和有機(jī)纖維均為外加形式加入。

其中有機(jī)纖維為防爆纖維，可在200度下融化從而形成微細(xì)氣孔。

其中有機(jī)纖維直徑20~40μm，長度3~5mm。引入有機(jī)纖維的目的在于通過其在一定溫度下融化產(chǎn)生若干個空隙，這些空隙有利于氮化反應(yīng)中為窯內(nèi)氮氣提供進(jìn)入磚體內(nèi)部的通道，不僅提高和促進(jìn)碳化硅磚在氮化燒成中的氮化程度和效率, 減小或消除磚體表面和內(nèi)部的氮化反應(yīng)程度差異，綜合提高最終產(chǎn)品碳化硅磚的綜合性能; 而且利用這些空隙,高溫氮氣環(huán)境下，Si和N₂以氣相方式優(yōu)先在該纖維空間內(nèi)形成非氧化結(jié)合相并獲得更好的發(fā)育程度，從而在磚體內(nèi)部形成呈纖維狀彌散穿插分布的簇狀非氧化物相，并均勻彌散在碳化硅磚內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征，從而起到增強(qiáng)、增韌的目的。