[發明專利]一種輕量化剛玉-碳化硅耐火材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110023625.X
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112811927B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 鄢文;陳哲;陳俊峰;韓兵強;魏耀武;李楠
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B38/08
• 分類號: C04B38/08;C04B35/66;C04B35/101;C04B35/622;C04B38/00;C04B35/80
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明涉及一種輕量化剛玉?碳化硅耐火材料及其制備方法。其技術方案是：以25～32wt％的改性多孔剛玉陶瓷顆粒I和23～30wt％的改性多孔剛玉陶瓷顆粒II為骨料，以18～28wt％的改性多孔剛玉陶瓷細粉、13～20wt％的碳化硅細粉和3～5wt％的單質Si粉為基質，先將所述骨料置于攪拌機中，加入占所述骨料和所述基質之和4～7wt％的改性液態熱固性酚醛樹脂，混合，再加入基質，攪拌，機壓成型，在200～250℃條件下熱處理，然后在1190～1420℃和埋碳條件下保溫4～10小時，冷卻，制得輕量化剛玉?碳化硅耐火材料。本發明所制制品具有導熱系數低、強度高、熱震穩定性能好、抗渣性能優異和抗氧化性能好的特點，適用于煉鐵、煉焦和石油化工等高溫工業的熱工裝備。

技術領域

本發明屬于剛玉-碳化硅耐火材料技術領域。尤其涉及一種輕量化剛玉-碳化硅耐火材料及其制備方法。

背景技術

剛玉-碳化硅耐火材料被廣泛應用在煉鐵、煉焦和石油化工等高溫工業的熱工裝備，是保障高溫工業安全、穩定運行的重要基礎材料。

目前，關于剛玉-碳化硅耐火材料的研究已有一些報道。如專利技術“一種塞隆結合剛玉-碳化硅質復合耐火材料的制備方法”(CN 201610158848.6)，以工業Si₃N₄-SiC廢磚、燒結剛玉等為原料，制備了塞隆結合剛玉-碳化硅質復合耐火材料；又如文獻技術(王征想，等.高強度剛玉碳化硅澆注料的研制.耐火與石灰，2011.36(4):15-17)，以棕剛玉、碳化硅、水泥、硅微粉、α-Al₂O₃等為原料，制備了剛玉-碳化硅耐火澆注料；又如文獻技術(韓波，等.礬土基β-SiAlON結合剛玉-碳化硅復合材料的制備及性能.耐火材料，2006.40(4):265-268)，以電熔剛玉、碳化硅顆粒、Al₂O₃微粉、高鋁礬土粉、Al粉和Si粉等為原料，制備了礬土基β-SiAlON結合剛玉-碳化硅復合材料。

但現有剛玉-碳化硅耐火材料仍存在一些不足：(1)制品采用剛玉、棕剛玉等致密骨料，密度大，制品導熱系數過高，熱量流失快，浪費能源；(2)制品中致密剛玉骨料的表面較為光滑，且與基質，特別是基質中非氧化物的界面相容性差，導致骨料/基質界面結合強度較低，不僅制品強度低，還限制了制品的熱震穩定性能、抗渣性能和抗氧化性能的提高；(3)制品中碳化硅顆粒難與剛玉骨料以及基質中氧化物細粉產生頸部連接，制品強度低。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種導熱系數低、強度高、熱震穩定性能好、抗渣性能優異和抗氧化性能好的輕量化剛玉-碳化硅耐火材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：

步驟1、改性多孔剛玉陶瓷顆粒和改性多孔剛玉陶瓷細粉的制備

步驟1.1、將氫氧化鋁細粉置于高溫爐內，以1～3℃/min的速率升溫至310～400℃，保溫4～6h，自然冷卻，得到孔隙率高的氧化鋁粉體。

步驟1.2、按所述孔隙率高的氧化鋁粉體∶輕燒菱鎂礦微粉∶水的質量比為100∶(1.4～1.9)∶(2～4)，將所述孔隙率高的氧化鋁粉體和所述輕燒菱鎂礦微粉置于攪拌機中，加入所述水混合，攪拌15～23min，得到混合料。

步驟1.3、將所述混合料在150～200MPa條件下機壓成型，再將成型后的坯體于110～160℃條件下干燥18～32h；然后將干燥后的坯體置于高溫爐內，以3～5℃/min的速率升溫至1650～1750℃，保溫4～9h，自然冷卻，得到以剛玉為主晶相的多孔剛玉陶瓷材料。

所述以剛玉為主晶相的多孔剛玉陶瓷材料：耐壓強度為96～217MPa；顯氣孔率為22～38％；體積密度為2.41～3.04g/cm³；平均孔徑為500nm～1.5μm，孔徑分布為雙孔峰，小孔峰為300～800nm，大孔峰為1.0～2.5μm。