[发明专利]氮化硅结合碳化硅耐火材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐火材料制备方法，特别是涉及一种碳化硅耐火材料制备方法，应用于新材料生产技术领域。

背景技术

碳化硅制品属于高级耐火材料，具有机械强度高、热导率高、抗热震性能和耐磨损性好、抗碱侵蚀性优良、抗渣性和抗氧化性优良，以及对部分熔融金属抵抗能力强等特征，已被广泛地应用于钢铁、有色冶金、石油、化学、电力、陶瓷和航空航天等工业领域。碳化硅是强共价键化和物，共价键占88%，其在一般工艺下很难烧结，在烧结时往往需要加入烧结助剂，或者通过第二相结合烧结的方法，才能形成致密的碳化硅烧结体。碳化硅材料的性能也在很大程度上取决于材料中碳化硅颗粒间的结合状况。氮化硅与碳化硅有着相似的化学结构和物理性质，与碳化硅均为强共价键化合物。氮化硅的热膨胀系数小，氧化速度非常慢，高温强度大，体积稳定性好，有良好的导热性，对于多数化学物质都稳定，不被熔融有色金属所侵蚀，是碳化硅理想的结合材料。将氮化硅引入碳化硅内制成氮化硅结合碳化硅材料，在保持了碳化硅固有特性的同时，可以有效地提高碳化硅材料的高温强度、热震稳定性和抗铁水侵蚀能力等性能，而且可以在1200~1450℃的较低温度下制备，反应烧结过程为净尺寸烧结，利于制备异形制品，适应大规模工业生产。

反应烧结制备的氮化硅结合碳化硅耐火材料虽然已被广泛应用于钢铁、有色及建材工业，但随着科技的进步，现代工业的工艺技术不断发展，耐火材料所需面对的工作环境越发苛刻，这就对原先使用的耐火的性能提出了更高的要求。氮化硅结合碳化硅耐火材料的生产现在还存在很多问题，如，如何保证硅粉的氮化率、如何控制氮化硅晶相组成、如何防止流硅现象的发生以及如何进一步提高制品强度。

在工业生产中，为了能缩短生产周期，提高氮化率，往往会在原料中加入各种烧结助剂，并在1400℃以上进行烧结。氮化硅结合碳化硅耐火材料制品的强度随氮化硅量增加而提高，但是这种较高的烧结温度限制了原料中硅粉的加入量，如若再原料中添加氮化硅粉则成本会大大提高。在1400℃以上进行烧结，氮化硅会发生α相向β相的晶型转变，烧结助剂也会促进这种转变，而若想制得性能优良的氮化硅结合碳化硅耐火制品，制品中应该含有更多的α相氮化硅。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氮化硅结合碳化硅耐火材料的制备方法，对现有的反应烧结制备氮化硅结合碳化硅耐火制品的方法进行改进和优化，通过调节原料组成和成型密度，在优化过的制度下进行氮化烧结，从而控制金属硅粉和氮气反应的速度以，以实现对材料中氮化硅的含量和晶型的控制及提高氮化率。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种氮化硅结合碳化硅耐火材料的制备方法，包括如下步骤：

① 坯料制备：由主要原料和粘结剂充分混合，再经过困料后完成配料，在具体配料时，选用碳化硅和金属硅粉作为主要原料，在主要原料中，碳化硅质量分数为65%～85%，金属硅粉质量分数为15%～35%，碳化硅颗粒与细粉采用特定的级配，选用粒度分别为1.43～2.5 mm、0.5～1.43 mm、0～0.5 mm和240目的碳化硅粉料，并按照不同粒度由大到小的质量比为2:3:3:2进行配料，金属硅粉的粒度为1000目，粘结剂采用木质素磺酸钙作为主要原料的结合剂，木质素磺酸钙的加入量为主要原料和粘结剂的总质量的3%，木质素磺酸钙与水配成1:1溶液；使用轮碾机进行混料，先将粒度为1.43～2.5 mm、0.5～1.43 mm和0～0.5 mm的碳化硅粉料倒入轮碾机中，混炼5min，然后再向轮碾机中倒入木质素磺酸钙溶液、粒度为240目碳化硅微粉以及粒度为1000目的金属硅粉，混炼40min，而后在接近16℃的条件下经过4～96h困料后，即完成坯料制备；

② 素坯成型：将在上述步骤①中完成配料的混合料进行压力成型，得到素胚；在制备素胚时，优选采用干压成型，控制压力可为53～328 MPa，并保压15s；

③ 生坯干燥：在40～110℃的温度条件下，对在上述步骤②中制备的素胚进行烘干，得到干燥后的生坯；在制备生坯时，优选的烘干方法是将素坯置于养护箱内依次于40℃、60℃、80℃和110℃下各保温6h；

④ 生坯排胶：采用高温排胶炉，在200～700℃的温度范围内，对在上述步骤③中制备的生坯在进行排胶；在排胶时，优选控制排胶温度为200～700℃，并优选分别在300℃时和600℃时各保温2h；