專利名稱：一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合耐火材料領域，尤其涉及一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料 及其制備方法。
背景技術：
碳硅化鋁和碳化硅質復合材料具有優(yōu)良的耐高溫性能和熱穩(wěn)定性能，是制 備有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料的原料，尤其適用于生產低炭鋼和 超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，取代氧化鋁一碳質和高鋁砜土一碳 質復合耐火材料，有利于提高鋼的質量，具有良好的使用效果。
碳硅化鋁(Al4SiC4)具有高熔點(大約2037'C)、高強度、高化學穩(wěn)定性、 低熱膨脹系數以及優(yōu)異的抗氧化和抗水化性能，是一種高溫結構材料和高性能 耐火材料。目前國內外合成AUSiC4材料的主要方法是金屬Al粉、Si粉和C粉 或A1、 SiC和C粉或A14C3和SiC粉在1600-1800r高溫反應生成，但相應的成 本比較高，很難實現生產的工業(yè)化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是提供一種原料資源豐富、生產成本低和易于工業(yè)化的碳硅 化鋁和碳化硅復合材料的制備方法。用該方法制備的碳硅化鋁和碳化硅復合材 料性能優(yōu)良和能延長使用壽命。
為實現上述任務，本發(fā)明所采用的技術方案是先將35 55wt。/。的粘土、 20 40wt。/。的工業(yè)炭粉和25 40wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物3 10wt。/。的結合齊U，攪拌5 25分鐘，壓制成型，或在60 11(TC條件下干燥12~36 小時或在室內自然干燥24 48小時；然后在氬氣氣氛下和在1600 1800°Cx2 6小時的條件下燒結，經自然冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
其中粘土的SiO2含量^40wt。/。，粒徑為0.1 0mm;金屬鋁粉的Al含量 290wt%，粒徑為0.1 0mm;工業(yè)炭粉的C含量^80 wt °/。，粒徑為0.1 0mm; 結合劑或為木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業(yè)糊精粉、聚乙烯醇中的一種以上，或結合劑為酚醛樹脂。
由于采用上述技術方案，本發(fā)明所用工業(yè)炭粉、金屬鋁粉和粘土的來源廣 泛，復合材料中的碳硅化鋁和碳化硅都是在材料內部由粘土、金屬鋁粉和C反 應生成的，結合良好，有利于提高材料的性能。碳硅化鋁和碳化硅不僅是非常 耐高溫的材料，具有優(yōu)良的抗渣性能，而且熱膨脹率很低，可防止在使用中由 于反復加熱冷卻產生內應力過大而引起爐襯材料的開裂和剝落。另外，在高溫 下部分碳硅化鋁和碳化硅氧化變成氣態(tài)SiO遷移到材料的表層，然后又與高溫
空氣反應氧化變成固態(tài)的Si02，可填塞爐襯材料的表面孔隙，使襯體材料表層
致密化，阻止渣的滲透，減緩材料的蝕損，延長使用壽命。
因此，本發(fā)明具有原料資源豐富、生產成本低和易于工業(yè)化生產的特點。 用該方法制備的碳硅化鋁和碳化硅復合耐火材料不僅性能優(yōu)良，且能延長使用 壽命。本發(fā)明適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料，尤其適用于生 產低炭鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，有利于鋼質量的提高。
具體實施方案
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的描述，并非對本發(fā)明保護范圍 的限制。 實施例1
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法，先將35 40wt。/。的粘土、 30 35wt。/。的工業(yè)炭粉和30 35wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物5 8wt% 的木質素磺酸鈣，木質素磺酸鈣先溶化成水溶液后再用于配料，攪拌5 15分 鐘，壓制成型，在90 110。C條件下干燥12~24小時；然后在氬氣氣氛下和在 1600 1700°Cx5 6小時的條件下燒結，經自然冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復 合材料。
本實施例1中混合物的含量和粒徑是粘土的Si02含量^40wtM，粒徑為 0.1 0mm;金屬鋁粉的Al含量^90wt。/。，粒徑為0.1 0mm;工業(yè)炭粉的C含 量^80wty。，粒徑為0.1 Omm 。
實施例2
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法。先將40 45wt。/。的粘土、20 25wt。/。的工業(yè)炭粉和30 35wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物6 7wt°/。 的木質素磺酸鈉，木質素磺酸鈉先溶化成水溶液后再用于配料，攪拌10 15分 鐘，壓制成型，在80 110。C條件下干燥18~30小時；然后在氬氣氣氛下和在 1700 1800°Cx3 4小時的條件下燒結，經自然冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復 合材料。
本實施例2中混合物的含量和粒徑同實施例1。 實施例3
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法先將45 50wt。/。的粘土、 20 25wt。/。的工業(yè)炭粉和25 30wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物3 6wt% 的亞硫酸紙漿廢液，攪拌5 15分鐘，壓制成型，在60 卯"C條件下干燥24 36 小時；然后在氬氣氣氛下和在1750 1800°Cx2 3小時的條件下燒結，經自然 冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
本實施例3中混合物的含量和粒徑同實施例1。 實施例4
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法先將50 55wtM的粘土、 20 25wt。/。的工業(yè)炭粉和25 30wty。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物8 10wt。/。的工業(yè)糊精粉，攪拌15 25分鐘，壓制成型，在室內自然干燥24 36 小時；然后在氬氣氣氛下和在1700 1800°04 5小時的條件下燒結，經自然 冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
本實施例4中混合物的含量和粒徑同實施例1。 實施例5
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法先將40 45wt。/。的粘土、 25 30wt。/。的工業(yè)炭粉和25 35wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物3 7wt% 的聚乙烯醇，攪拌10 20分鐘，壓制成型，在室內自然干燥36 48小時；然 后在氬氣氣氛下和在1700 1800°03 4小時條件下燒結，經自然冷卻后制得 碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
本實施例5中混合物的含量和粒徑同實施例1。 實施例6一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法先將35 40wt。/。的粘土、 35 40wt。/。的工業(yè)炭粉和25 30wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物4 8wt% 的酚醛樹脂，攪拌15 25分鐘，壓制成型，在90 11(TC條件下干燥1S 30小 時；然后在氬氣氣氛下和在1750 1800°Cx3 5小時的條件下燒結，經自然冷 卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
本實施例6中混合物的含量和粒徑同實施例1。 實施例7
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法先將35 40wty。的粘土、 20 25wt。/。的工業(yè)炭粉和35 40wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物8 10wt。/。的亞硫酸紙漿廢液和工業(yè)糊精粉，攪拌15 25分鐘，壓制成型，在80 11(TC條件下干燥20 30小時；然后在氬氣氣氛下和在1750 1800°Cx3 5小時 的條件下燒結，經自然冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
本實施例7中混合物的含量和粒徑同實施例1。 實施例8
一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法先將35 40wt。/。的粘土、 25 30wt。/。的工業(yè)炭粉和30 35wt。/。的金屬鋁粉混合，外加上述混合物7 9wt% 的木質素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液和工業(yè)糊精粉，攪拌15 25分鐘，壓制成型， 在60 80。C條件下干燥24 36小時，然后在氬氣氣氛下和在1650 1750°Cx5 6小時的條件下燒結，經自然冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
本實施例8中混合物的含量和粒徑同實施例1。
本具體實施方式
具有原料資源豐富、生產成本低和易于工業(yè)化生產的特點。 用該方法反應合成制備的碳硅化鋁和碳化硅質復合耐火材料不僅性能優(yōu)良，且 能延長使用壽命。該復合耐火材料適于有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材 料，尤其適用于生產低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，有利 于鋼質量的提高。
權利要求
1、一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料的制備方法，其特征在于先將35～55wt％的粘土、20～40wt％的工業(yè)炭粉和25～40wt％的金屬鋁粉混合，外加上述混合物3～10wt％的結合劑，攪拌5～25分鐘，壓制成型，在60～110℃條件下干燥12～36小時或在室內自然干燥24～48小時，然后在氬氣氣氛下和在1600～1800℃×2～6小時的條件下燒結，自然冷卻即制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
2、 根據權利要求1所述的碳硅化鋁和碳化硅復合材料的制備方法，其特征 在于所述的粘土的SiO2含量240wt。/。，粒徑為0.1 0mm。
3、 根據權利要求1所述的碳硅化鋁和碳化硅復合材料的制備方法，其特征 在于所述的金屬鋁粉的Al含量^90wt。/c)，粒徑為0.1 0mm。
4、 根據權利要求1所述的碳硅化鋁和碳化硅復合材料的制備方法，其特征 在于所述的工業(yè)炭粉的C含量280wtn/。，粒徑為0.1 0mm。
5、 根據權利要求1所述的碳硅化鋁和碳化硅復合材料的制備方法，其特征 在于所述的結合劑或為木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業(yè) 糊精粉、聚乙烯醇中的一種以上，或結合劑為酚醛樹脂。
6、 根據權利要求1 5項中任一項所述的碳硅化鋁和碳化硅復合材料的制 備方法所制備的碳硅化鋁和碳化硅復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳硅化鋁和碳化硅復合材料及其制備方法。本發(fā)明采用的技術方案是先將35～55wt％的粘土、20～40wt％的工業(yè)炭粉和25～40wt％的金屬鋁粉混合，外加上述混合物3～10wt％的結合劑，攪拌5～25分鐘，壓制成型，在60～110℃條件下干燥12～36小時或在室內自然干燥24～48小時；然后在氬氣氣氛下和在1600～1800℃×2～6小時的條件下燒結，經自然冷卻后制得碳硅化鋁和碳化硅復合材料。本發(fā)明具有原料資源豐富、生產成本低、性能優(yōu)良等優(yōu)點。適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料，尤其適用于生產低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，有利于鋼質量的提高。
文檔編號C04B35/66GK101423403SQ200810197740
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權日2008年11月20日
發(fā)明者晨 白, 祝洪喜, 鄧承繼 申請人:武漢科技大學