[发明专利]一种碳化硅含量大于92%的自结合碳化硅制品及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料制备技术领域，主要涉及一种碳化硅含量大于92％的 自结合碳化硅制品及其制备方法。

背景技术

SiC是人工合成矿物，有α和β两种晶型，β-SiC属低温类型，在高温1800 ℃以上可以转化为高温型的α-SiC。SiC属共价键很强的化合物，且在高温下仍 有很高的键合程度。这就决定了它本身具备良好的耐磨性和抗化学侵蚀性、高 温强度大、热导率高、膨胀系数小、热震稳定性好等许多优点。碳化硅制品的 种类繁多，而制品的品质很大程度上取决于主晶相间的结合相，所以常以结合 相的不同分类，大体上可分为：(1)硅酸盐结合制品，如粘土结合、二氧化硅 结合、莫来石结合碳化硅等；(2)氮化合物结合制品，如氮化硅结合、氧氮化 硅结合、赛隆结合碳化硅；(3)自结合制品，如反应烧结碳化硅、重结晶碳化 硅。这些材料在炼铁、有色冶金及其它许多行业都有广泛的应用。

由于碳化硅属于共价键性很强的化合物，烧结困难。目前碳化硅所用烧结 方法主要有：压力烧结(如热压烧结、常压烧结、热等静压烧结)、反应烧结法、 微波烧结等等。这些烧结方法中大多需要非常苛刻的条件，而反应烧结方法的 要求不高，最适合于工业化生产。

β-SiC结合SiC材料生产工艺属反应烧结法，有两种：渗硅反应烧结和碳与 硅直接混合制样进行反应烧结。渗硅反应烧结法是在真空条件下利用毛细管作 用，以熔融硅浸渍碳化硅与碳混合压制的具有适宜气孔率的坯体。在浸渍过程 中液硅与碳发生反应，因为液硅对碳或碳化硅的润湿性非常好，所以浸渍结束 后可形成完全致密的制品。碳与硅直接混合后进行反应烧结的制品是把碳与硅 混合细粉与碳化硅主晶相共同压制成坯体，在低于1800℃的高温非氧化气氛条 件下单质硅与碳直接反应生成β-SiC，把原来的碳化硅主晶相结合起来。这种方 法一般在硅的熔点以下进行，较渗硅反应烧结法操作更加容易。

采用工业生产的α-SiC原料制备α-SiC结合的自结合碳化硅制品，即重结 晶碳化硅制品，需要高纯原料，并且在2000℃以上的高温烧成，因此制造成本 高，工艺要求苛刻，价格昂贵，所以应用不多。

本发明属于β-SiC结合SiC的自结合碳化硅材料，采用碳与硅直接混合的 反应烧结方法。其制备工艺简单，成本较低；与氮化硅或赛隆结合碳化硅及渗 硅反应烧结碳化硅相比制备过程中没有外来反应气体或液体渗入条件限制，可 制备尺寸大、形状复杂的制品；并且材料中的残硅更容易控制，较高的碳化硅 含量使它在高温范围内仍然可以使用，其热导率、高温强度、热震稳定性及抗 化学侵蚀性等都非常优良，使这种材料在很多行业中表现出比其它材料更大的 优越性：在铝电解槽中，要求侧壁材料具有高的抗冰晶石侵蚀性以保护槽体， 同时具有高的导热率，从而实现高电流密度，提高单槽产能；而对于阻流铝电 解槽，除了用作侧壁材料外，还可用作底部阻流块减小槽底铝液波动，从而提 高电流效率，达到节能的目的；在高炉以及垃圾焚烧炉、熔灰炉上，由于本发 明材料良好的抗渣性以及可制成重达1～3吨的制品，保持了炉内衬的完整性 并减少了接缝等薄弱环节，可大幅延长窑炉的使用寿命。表-1和表-2分别显示 不同碳化硅制品的碳化硅含量和热导率。

表-1各种碳化硅制品的碳化硅含量

表-2各种碳化硅制品的热导率(W/m.K)

发明内容

本发明公开一种碳化硅含量大于92％的自结合碳化硅制品及其制备方法， 使其具有良好的抗化学侵蚀性、导热性、热震稳定性与高温强度。

本发明为完成上述发明任务采用如下技术方案：