[发明专利]一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料及其生产方法

说明书

本发明公开了一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料及其生产方法，所述复合材料由陶瓷材料、结合剂、碳素材料、低维碳素材料、催化剂、抗氧化剂组成；所述复合材料各组分的加入比例为：陶瓷相80～90wt%，结合剂3～5wt%，碳素材料3~7wt%，低维碳素材料1～5wt%，抗氧化剂3～5wt%，催化剂为低维碳素材料质量的3～8wt%。生产方法包括预混料与混料、机压成型、热处理与后处理工序。本发明制备的含低维碳的陶瓷/炭复合材料，可以实现制品的高强度、高抗渣能力、高抗钢水渗透能力，以及高的抗热震能力，并在低碳情况下达到较高碳含量的陶瓷/炭复合材料的综合性能。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料及其生产方法。

背景技术

含碳耐火材料具有很好的抗渣性能和抗热震性能，因而被广泛应用于转炉、电弧炉、钢包等的内衬。但在冶炼洁净钢和超低碳钢时，含碳耐火材料会引起钢水增碳，不能满足冶炼技术的要求，为此专门研发了低碳镁碳、铝碳等含碳耐火材料。通常采用降低石墨加入量手段，使其碳含量小于7%。这种低碳含碳材料大多数仍然单纯使用酚醛树脂作为结合剂，在升温焦化过程中酚醛树脂高温裂解碳化成为玻璃态的网络结构，脆性比较大，且比石墨易于氧化。另外，在碳含量降低的情况下，势必导致材料抗热震稳定性能、抗渣渗透侵蚀性能等都相应地降低，因而必须采取相应措施。鉴于此，从材料的组织和显微结构入手，充分利用低维碳比表面积大，可以在材料空隙中原位生成等特点，设法提高低碳含碳耐火材料的各项高温性能，同时，采取复合抗氧化添加剂保护低碳含碳材料中本就含量不高的碳不被氧化是非常必要且重要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料；本发明还提供了一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料的生产方法。本发明生产的含低维碳的陶瓷/炭复合材料，可以实现制品具有较高强度，较强抗渣、抗钢水渗透能力、以及高的抗热震能力，并在低碳情况下达到较高碳含量陶瓷/炭复合材料的综合性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料，所述复合材料由陶瓷材料、结合剂、碳素材料、低维碳素材料、催化剂、抗氧化剂组成；所述复合材料各组分的加入比例为：陶瓷相80～90wt%，结合剂3～5wt%，碳素材料3~7wt%，低维碳素材料1～5wt%，抗氧化剂3～5wt%，催化剂为低维碳素材料质量的3～8wt%。

本发明所述陶瓷材料由刚玉、镁砂、镁铝尖晶石中的一种或几种以任意比例混合组成，分为粗颗粒和细粉，粗颗粒和细粉的比例为65~80：20~35，其中粗颗粒粒度为3～5mm、1～3mm和1mm，细粉粒度80μm；选用粒度80µm的细粉作为基质，其余为骨架颗粒。。

本发明所述结合剂由酚醛树脂、沥青、环氧树脂中的任意一种或几种的混合物，结合剂中沥青占比为复合材料总质量的0.2～1wt%，所述的沥青，采用中温沥青；所述的酚醛树脂，残炭率要求48%。

本发明所述碳素材料为鳞片石墨，低维碳素材料为碳纳米管或/和石墨烯。

本发明所述催化剂为ZnO粉。

本发明所述抗氧化剂为金属Si、金属Al、金属Mg中的任意一种或几种；其中金属Al加入量小于等于复合材料总质量的3wt%。

本发明还提供了一种多用途含低维碳的陶瓷/炭复合材料的生产方法，所述方法包括预混料与混料、机压成型、热处理与后处理工序。

本发明所述预混料与混料工序，混料前，需将陶瓷细粉、碳素材料、低维碳素材料、催化剂、抗氧化剂按比例预先混合均匀作为预混合料，出料备用；先将陶瓷颗粒料中粒度1mm的颗粒料按比例加入混料机中混合3～5min，待颗粒料基本均匀后加入结合剂再混合3～5min后，将结合剂均匀包裹在粗颗粒表面上，然后加入1mm陶瓷颗粒料混合5～8min，再加入预混料再混练7～10min，至所有物料混合均匀。