[發明專利]基于納米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料

在審

• 申請號: 202010795498.0
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111995406A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 裴國芳;曹佃港;方超東;林鵬;朱旭嬌;吳小青;王舉舉;錢國成;楊小芹
• 申請（專利權）人: 裴小羅
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/573;C04B35/634;C04B35/64;C01B32/05
• 代理公司: 無錫市天宇知識產權代理事務所(普通合伙) 32208
• 代理人: 周舟

本發明公開一種基于納米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，由如下重量份原料制成：65?80份高比表面積SiC，2?5份納米防火填料，1?5份納米炭黑、1?2份稀土氧化物；將高比表面積SiC、納米炭黑和稀土氧化物混合均勻，之后轉移至10%PVA溶液中，以180?200r/min的轉速磁力攪拌40min，之后困料、壓制成型后干燥，之后燒結，控制燒結溫度為1300?1400℃，燒結時間為1.5h，之后降溫至200℃，均勻加入納米防火填料，保溫2h后升溫至250℃，繼續保溫10h，制得所述基于納米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料；當與納米防火填料、納米石墨等原料混合時，自身的高比表面積和大量孔隙一方面能夠便于納米粒子進入，另一方面具有優異的吸附性能，能夠保障混合體系的穩定性。

技術領域

本發明屬于SiC合成技術領域，具體為一種基于納米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。

背景技術

碳化硅耐火材料在高溫氧化氣氛中會發生氧化，變成 SiO氣體、耐磨性差的SiO₂玻璃相、CO₂而失效，為了提高含碳化硅耐火材料的抗氧化性，常會向材料中添加各種型式的碳素材料，傳統的一般有焦碳，石墨，瀝青等，添加型態多為1mm以下顆粒或細粉，最細的一般是320目左右的粉料。

碳化硅耐火材料中常添加的另一種防氧化劑是單質硅粉。硅本身也易氧化，與氧氣反應生成SiO₂，反應消耗氧氣，足夠數量的反應產物SiO₂玻璃相還能起到隔絕氧氣防止碳化硅繼續氧化的作用，從而達到保護碳化硅不被氧化的目的。

顆粒或細粉型態的碳素材料在流化床鍋爐中（使用環境的800-1300C）高溫下除了參與氧化反應外，化學穩定性極好反應活性很差，一般不會與硅氧化物反應生產碳化硅，而納米級的碳素材料因其比表面積高，表面能高，反應活性大大提高，起始反應溫度明顯降低，且納米材料在材料中分散性遠遠高好細粉級碳素，與硅金屬或硅氧化物接觸后易發生固相反應生產形成新碳化硅結合相提升材料結合強度，和耐磨性，且硅金屬達到熔點后會熔化成液相并快速遷移，加劇與納米碳素材料反應。

中國發明專利CN103360092A公開了一種火化爐用碳化硅耐火材料，其主要由骨料、耐火細粉、磷酸鹽、高鋁水泥等組成，其特征在于磷酸鹽為稀釋后的工作磷酸二氫鋁(ρ=1.38g/cm³)，骨料為特優級礬土(w(Al²O³)＞88%),耐火細粉為特優級礬土和一級礬土（w（Al²O³）＞80%），凝結劑為高鋁水泥。本發明與現有技術相比，具有耐酸堿性好、強度高、耐磨、耐火度高和抗熱震性能好、耐颶冷颶熱、低導熱、耐溫高(1500℃以上)、使用壽命長、節能、環保等特點。

發明內容

為了克服上述的技術問題，本發明提供一種基于納米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。

本發明所要解決的技術問題:

碳化硅耐火材料在高溫氧化氣氛中會發生氧化，變成 SiO氣體、耐磨性差的SiO₂玻璃相、CO₂而失效。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

基于納米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，由如下重量份原料制成：65-80份高比表面積SiC，2-5份納米防火填料，1-5份納米炭黑、1-2份稀土氧化物；

高比表面積SiC由如下方法制成：

第一步、將有機碳源加入去離子水中，加入羧甲基纖維素鈉，40-45℃水浴加熱并磁力攪拌20min，制得混合液A，之后轉移至反應釜中，以5℃/min的升溫速度升溫至180-200℃，在此溫度下反應20h，之后過濾，用無水乙醇洗滌三次，制得碳微球，控制有機碳源、羧甲基纖維素鈉和去離子水的重量比為1∶100∶0.02；