專利名稱：一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方法
一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，特別涉及一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料 及其制造方法。
發(fā)明背景
用于大型焦?fàn)t高溫煤氣回收的管道需要使用具有低導(dǎo)熱系數(shù)和高抗?jié)B碳性能的 莫來石輕質(zhì)耐火磚作為內(nèi)襯材料。然而，現(xiàn)有莫來石輕質(zhì)耐火磚的隔熱性能和抗?jié)B碳性能 都不能很好地滿足焦?fàn)t高溫煤氣回收管道內(nèi)襯的實際需要，導(dǎo)致管道熱損失偏大，內(nèi)襯服 役壽命偏短。莫來石輕質(zhì)耐火磚隔熱性能不理想的主要問題是其宏觀氣孔和莫來石主晶相 本身對高溫幅射的阻隔性能偏低。莫來石輕質(zhì)耐火磚的抗?jié)B碳性能不理想主要問題是其多 孔性會加快碳沉積過程。
發(fā)明專利“多孔陶瓷的孔壁碳化硅涂層及其制備方法(CN1994974A)，，公開了一種 多孔陶瓷的孔壁碳化硅涂層及其制備方法。將欲改性的多孔陶瓷體置于浸漬罐內(nèi)，抽真空 后向浸漬罐內(nèi)注入聚碳硅烷溶液，然后通入高壓氣體，使聚碳硅烷溶液在高壓下完全進入 多孔陶瓷的孔道，從而在孔壁上形成均勻的涂層。干燥后，浸漬體在氬氣中高溫處理，使聚 碳硅烷裂解為碳化硅，得到多孔陶瓷的孔壁碳化硅涂層。通過多次浸漬-裂解，可以制備不 同厚度的涂層。但該專利不涉及幅射的性能，和抗?jié)B碳的性能，因此不需要控制碳化硅的晶 粒尺寸，也不需要封閉基體多孔陶瓷的開口氣孔。該專利也沒有采用等離子噴涂的技術(shù)。發(fā) 明專利“一種具有無裂紋抗氧化碳化硅涂層碳材料的制備方法(CN1058953C) ”公開了一種 具有無裂紋抗氧化SiC涂層碳材料的制備方法，該方法是首先將石墨、懸浮劑、交聯(lián)劑和水 一起混合配成初級涂層泥漿，用噴槍將其涂在基體石墨上，然后用硅粉、SiC粉、懸浮劑、添 加劑、交聯(lián)劑和水一起配成凝膠體，將具有初級涂層的樣品放入凝膠體中，干燥后放入爐子 中燒結(jié)，即可得到具有無裂紋抗氧化碳化硅涂層的碳材料。該發(fā)明制備的抗氧化涂層具有 非常好的抗氧化能力和抗熱沖擊能力。雖然該發(fā)明的涂層具有密封功能，但也沒有對涂層 的熱幅射功能進行控制。另外該專利使用亞微米級的碳化硅微粉并需要長時間干燥過程和 1700°C -1900°C的高溫煅燒過程，導(dǎo)致涂層成本很高，不適合耐火磚的生產(chǎn)?！断∮薪饘俨牧?與工程》1979年第3期公開了肖國珍等的研究論文“等離子噴涂氧化物高幅射涂層”。該論 文公開了在Cltl3鈮合金稀土等離子噴涂80&02-20Ti&涂層的方法，并使其半球全向熱幅射 系數(shù)ε值大于或等于0.8。但該項研究結(jié)果沒有使用碳化硅涂層，也沒有考慮與莫來石輕 質(zhì)耐火磚的結(jié)合以及密封開口氣孔的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一就是利用具有高幅射因子的碳化硅涂層將來自管道熱煙氣的 高溫?zé)岱浞瓷浠厝?，以達到降低莫來石輕質(zhì)耐火磚高溫幅射傳熱的目的。同時，由于致 密的碳化硅涂層密封了莫來石輕質(zhì)耐火磚迎火面的大部分顯氣孔，從而達到降低滲碳速度 的目的。本發(fā)明的目的之二就是要采用高效率的等離子噴涂技術(shù)，通過配方調(diào)整使涂層不 但具有與莫來石輕質(zhì)耐火磚良好的相容性，還能具有降低導(dǎo)熱系數(shù)和提高抗?jié)B碳能力的效果。
一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方法，其特征是
碳化硅涂層材料的組成為碳化硅70-80%，石油焦15-20%，電熔剛玉5_10%。 其中對碳化硅的成分要求以重量百分比計為SiC 98.5% -99.9%, Fe 0.01% -0.3%, 游離C 0. 01%-0. 4%，游離Si 0. 01%-0. 5%，其它0. 07%-0. 3%。對石油焦的成分要 求以重量百分比計為全 C 含量 90%-99%，SiA 0. 01% -0. 1%, Al2O3 0. 01% -0. 1%, S 0. -0.5%，揮發(fā)份0.5%-9.4%，其它0.01%-0. 1%。對電熔剛玉的成份要求 以重量百分比計為Al2O3 99 % -99. 9%, SiO2 0. 01 % -0. 3 %, Fe2O3 0. 01 % -0. 1 %, Na2O 0. 01 % -0. 1 %, K2O 0. 01 % -0. 03 %, CaO 0. 01 % -0. 03 %, MgO 0. 01 % -0. 03 %， TiO2 0.01%-0.2%，其它0.01%-0.2%。所用的莫來石輕質(zhì)耐火磚的化學(xué)成份要求 為A1203 65 % -78 %, SiO2 20 % -33 %, TiO2 0. 01 % -0. 5 %, Fe2O3 0. 01 % -0. 6 %, Na2O 0. 01% -0. 2%, K2O 0. 01% -0. 2%, CaO 0. 01% -0. 2%, MgO 0. 01 %-0. 1 %，其它 0.01% -0.2%。所用莫來石輕質(zhì)耐火磚的物相組成對于Al2O3含量大于73%的莫來石 輕質(zhì)耐火磚，莫來石含量為90% -99. 8%，剛玉0.01% -9%，其它0.01% -1% ；對于Al2O3 含量小于73%的莫來石輕質(zhì)耐火磚，莫來石含量為90% -99.8%，石英0.01% -9%，其 它0.01% -1%。莫來石輕質(zhì)耐火磚的體積密度為0.8g/cm3-1.5g/cm3，常溫抗壓強度為 2. OMPa-8. OMPa, 1540°C X24h 重?zé)€變化 0. 2% -0. 9%，1000°C導(dǎo)熱系數(shù) 0. 3ff/m ·Κ_0. 6ff/ m ·Κ。噴涂過程將碳化硅、石油焦和電熔剛玉三種原料分別加工至細度為0. 01 μ m-15 μ m, 再按比例混合均勻后裝入等離子噴涂機。將莫來石輕質(zhì)耐火磚迎火工作面表面的灰塵 用空氣強氣流清除干凈后開始進行等離子噴涂。噴涂機可使用常規(guī)的大氣等離子噴涂 機，也可使用超音速等離子噴涂機。噴涂過程采用間歇式噴涂2-3遍，控制涂層厚度為 200 μ m-500 μ m。帶涂層的莫來石輕質(zhì)耐火磚冷卻至室溫后就得到了莫來石輕質(zhì)耐火磚與 碳化硅涂層的復(fù)合材料。所得到的復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比，其各種溫 度下的力學(xué)性能無明顯改變。但垂直涂層表面方向的1000°c導(dǎo)熱系數(shù)可比未涂層的同種莫 來石輕質(zhì)耐火磚下降20 %-30%, 0. IMPa甲烷氣體透過率下降30 % -50 %，表明抗?jié)B碳能力 增強。
本發(fā)明優(yōu)點是(1)本復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比可使導(dǎo)熱系數(shù) 大幅度下降，對降低大型焦?fàn)t高溫煤氣回收管道的熱損失具有重要作用。
(2)本發(fā)明采用石油焦和剛玉作為噴涂料的輔助材料，即解決了碳化硅在噴涂過 程中的損失問題又解決了涂層與莫來石基體的相容性問題，最終得到高輻射率、高結(jié)合強 度的致密碳化硅涂層。
(3)由于涂層的良好密封功能，使莫來石輕質(zhì)耐火磚的抗?jié)B碳性大幅度改善，可有 效延長使用壽命。
具體實施方式
實施例1
碳化硅涂層材料的組成為碳化硅70%，石油焦20%，電熔剛玉10%。其中碳化硅 的成分以重量百分比計為SiC 99. 31%, Fe 0.08%，游離C 0.21%，游離Si 0.18%，其 它0.22%。石油焦的成分以重量百分比計為全C 94. 69%, SiO2 0. 10%, Al2O3 0. 04%,S 0.30%，揮發(fā)份4. 81%，其它0.06%。電熔剛玉的成份以重量百分比計為=Al2O3 99. 06%, SiO2 0. 29%, Fe2O3 0. 10%, Na2O 0. 10%, K2O 0. 03%, CaO 0. 03%, MgO 0. 03%, TiO2 0. 21%，其它0. 18%。所用的莫來石輕質(zhì)耐火磚的化學(xué)成份為Al2O3 73. 19%, SiO2 25. 72%, TiO2 0. 33%, Fe2O3 0. 41%, Na2O 0. 10%, K2O 0. 03%, CaO 0. 05%, MgO 0. 04%, 其它0. 13%。所用莫來石輕質(zhì)耐火磚的物相組成莫來石95. 88%，剛玉4. 06%，其它 0. 06% ；莫來石輕質(zhì)耐火磚的體積密度為1. Og/cm3，常溫抗壓強度為4. 2MPa, 1540 °C X24h 重?zé)€變化0. 6%，1000°C導(dǎo)熱系數(shù)0. 42ff/m ·Κ。噴涂過程將碳化硅、石油焦和電熔剛玉三 種原料分別加工至細度為0. 01 μ m-15 μ m,再按比例混合均勻后裝入等離子噴涂機。將莫來 石輕質(zhì)耐火磚迎火工作面表面的灰塵用空氣強氣流清除干凈后開始進行等離子噴涂。噴涂 機使用常規(guī)的大氣等離子噴涂機。噴涂過程采用間歇式噴涂3遍，控制涂層厚度為450 μ m。 帶涂層的莫來石輕質(zhì)耐火磚冷卻至室溫后就得到了莫來石輕質(zhì)耐火磚與碳化硅涂層的復(fù) 合材料。所得到的復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比，其各種溫度下的力學(xué)性能 無明顯改變。但垂直涂層表面方向的1000°C導(dǎo)熱系數(shù)下降到0.31W/m*K，比未涂層的同種 莫來石輕質(zhì)耐火磚下降26. 61% ；0. IMPa甲烷氣體透過率下降45. 2%，表明抗?jié)B碳能力增 強。
實施例2
碳化硅涂層材料的組成為碳化硅80%，石油焦15%，電熔剛玉5%。其中對碳化 硅的成分以重量百分比計為=SiC 98. 87%, Fe 0.09%，游離C 0.38%，游離Si 0.42%，其 它0.對％。石油焦的成分以重量百分比計為全C 90. 17%, SiO2 0. 08%, Al2O3 0. 05%, S 0.41%，揮發(fā)份9. 21%，其它0.08%。電熔剛玉的成份以重量百分比計為=Al2O3 99. 06%, SiO2 0. 29%, Fe2O3 0. 10%, Na2O 0. 10%, K2O 0. 03%, CaO 0. 03%, MgO 0. 03%, TiO2 0. 21%，其它0. 18%。所用的莫來石輕質(zhì)耐火磚的化學(xué)成份為Al2O3 73. 19%, SiO2 25. 72%, TiO2 0. 33%, Fe2O3 0. 41%, Na2O 0. 10%, K2O 0. 03%, CaO 0. 05%, MgO 0. 04%, 其它0. 13%。所用莫來石輕質(zhì)耐火磚的物相組成莫來石95. 88%，剛玉4. 06%，其它 0. 06% ；莫來石輕質(zhì)耐火磚的體積密度為1. Og/cm3，常溫抗壓強度為4. 2MPa, 1540°C X24h 重?zé)€變化0. 6%，1000°C導(dǎo)熱系數(shù)0. 42ff/m · K。噴涂過程將碳化硅、石油焦和電熔剛玉 三種原料分別加工至細度為0. 01 μ m-15 μ m,再按比例混合均勻后裝入等離子噴涂機。將莫 來石輕質(zhì)耐火磚迎火工作面表面的灰塵用空氣強氣流清除干凈后開始進行等離子噴涂。噴 涂機使用超音速等離子噴涂機。噴涂過程采用間歇式噴涂3遍，控制涂層厚度為320 μ m。 帶涂層的莫來石輕質(zhì)耐火磚冷卻至室溫后就得到了莫來石輕質(zhì)耐火磚與碳化硅涂層的復(fù) 合材料。所得到的復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比，其各種溫度下的力學(xué)性能 無明顯改變。但垂直涂層表面方向的1000°C導(dǎo)熱系數(shù)下降到2. 98ff/m ·Κ，比未涂層的同種 莫來石輕質(zhì)耐火磚下降28. 93% ；0. IMPa甲烷氣體透過率下降48. 65%，表明抗?jié)B碳能力增 強。
實施例3
碳化硅涂層材料的組成為碳化硅75%，石油焦15%，電熔剛玉10%。其中對碳化 硅的成分以重量百分比計為=SiC 98. 87%, Fe 0.09%，游離C 0.38%，游離Si 0.42%，其 它0.對％。石油焦的成分以重量百分比計為全C 90. 17%, SiO2 0. 08%, Al2O3 0. 05%, S 0.41%，揮發(fā)份9. 21%，其它0.08%。電熔剛玉的成份以重量百分比計為=Al2O399. 06%, SiO2 0. 29%, Fe2O3 0. 10%, Na2O 0. 10%, K2O 0. 03%, CaO 0. 03%, MgO 0. 03%, TiO2 0. 21%，其它0. 18%。所用的莫來石輕質(zhì)耐火磚的化學(xué)成份為Al2O3 77. 19%, SiO2 22. 11%, TiO2 0. 25%, Fe2O3 0. 26%, Na2O 0. 03%, K2O 0. 02%, CaO 0. 09%, MgO 0. 05%, 其它0. 17%。所用莫來石輕質(zhì)耐火磚的物相組成莫來石93. 81%，剛玉6. 15%，其它 0. 08%;莫來石輕質(zhì)耐火磚的體積密度為1. 36g/cm3，常溫抗壓強度為7. 8MPa, 1540°C X24h 重?zé)€變化0. 23%，100(TC導(dǎo)熱系數(shù)0. 52ff/m ·Κ。噴涂過程將碳化硅、石油焦和電熔剛玉 三種原料分別加工至細度為0. 01 μ m-15 μ m,再按比例混合均勻后裝入等離子噴涂機。將 莫來石輕質(zhì)耐火磚迎火工作面表面的灰塵用空氣強氣流清除干凈后開始進行等離子噴涂。 噴涂機使用常規(guī)的大氣等離子噴涂機。噴涂過程采用間歇式噴涂3遍，控制涂層厚度為 450 μ m。帶涂層的莫來石耐火磚冷卻至室溫后就得到了莫來石輕質(zhì)耐火磚與碳化硅涂層的 復(fù)合材料。所得到的復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比，其各種溫度下的力學(xué)性 能無明顯改變。但垂直涂層表面方向的1000°C導(dǎo)熱系數(shù)下降到0. 41ff/m ·Κ，比未涂層的同 種莫來石輕質(zhì)耐火磚下降22. 8% ；0. IMPa甲烷氣體透過率下降48. 12%，表明抗?jié)B碳能力 增強。
權(quán)利要求
1.一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方法，其特征在于，碳化硅涂 層材料的組成為碳化硅70-80%，石油焦15-20%，電熔剛玉5110% ；噴涂過程將碳化硅、 石油焦和電熔剛玉三種原料分別加工至細度為0. 01 μ ml-15 μ m,再按比例混合均勻后裝入 等離子噴涂機；將莫來石輕質(zhì)耐火磚迎火工作面表面的灰塵用空氣強氣流清除干凈后開始 進行等離子噴涂；噴涂機使用常規(guī)的大氣等離子噴涂機或超音速等離子噴涂機；噴涂過程 采用間歇式噴涂2-3遍，控制涂層厚度為200 μ m-500 μ m ；帶涂層的莫來石耐火磚冷卻至室 溫后就得到了莫來石輕質(zhì)耐火磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方 法，其特征在于，對碳化硅原料的成分要求以重量百分比計為SiC98.5% -99.9%, Fe 0. 01%-0. 3%，游離 C 0. 01%-0.4%，游離 Si 0. 01 %-0. 5 %，其它 0. 07 %-0. 3 % ；對 石油焦原料的成分要求以重量百分比計為全C含量90% -99%, SiO2 0.01% -0. 1%, Al2O3 0. 01% -0. 1%, S 0. -0.5%，揮發(fā)份 0.5%-9.4%，其它 0.01%-0. ；對電 熔剛玉原料的成份要求以重量百分比計為=Al2O3 99 % -99.9%, SiO2 0.01% -0.3%, Fe2O3 0. 01% -0. 1 %, Na2O 0. 01% -0. 1 %, K2O 0. 01% -0. 03%, CaO 0. 01% -0. 03%, MgO 0. 01% -0. 03%, TiO2 0. 01% -0. 2%，其它 0. 01% -0. 2%。
3.如權(quán)利要求1所述一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方法，其特 征在于，所用的莫來石輕質(zhì)耐火磚的化學(xué)成份要求為A120365% -78%, SiO2 20% -33%, TiO2 0. 01 % -0. 5 %, Fe2O3 0. 01 % -0. 6 %, Na2O 0. 01 % -0. 2 %, K2O 0. 01 % -0. 2 %, CaO 0. 01% -0. 2%, MgO 0. 01 %-0. 1 %，其它0. 01 %-0. 2% ；所用莫來石輕質(zhì)耐火磚的 物相組成對于Al2O3含量大于73 %的莫來石輕質(zhì)耐火磚，莫來石含量為90 % -99.8%, 剛玉0.01% -9%，其它0.01% -1% ；對于Al2O3含量小于73%的莫來石輕質(zhì)耐火磚，莫 來石含量為90% -99.8%，石英0.01% -9%，其它0.01% -1% ；莫來石輕質(zhì)耐火磚的體 積密度為0. 8g/cm3-l. 5g/cm3,常溫抗壓強度為2. OMPa-8. OMPa, 1540°C X24h重?zé)€變化 0. 2% -0. 9%，1000°C導(dǎo)熱系數(shù) 0. 3ff/m · K-0. 6ff/m · K。
全文摘要
本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，特別涉及一種莫來石輕質(zhì)磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料及其制造方法。其特征在于碳化硅涂層材料的組成為碳化硅70-80％，石油焦15-20％，電熔剛玉5-10％。采用等離子噴涂機將混合均勻的涂層粉料噴涂在莫來石輕質(zhì)耐火磚的迎火工作面，控制涂層厚度為200μm-500μm，就得到了莫來石輕質(zhì)耐火磚與碳化硅涂層的復(fù)合材料。所得到的復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比，在垂直涂層表面方向的1000℃導(dǎo)熱系數(shù)可下降20％-30％。本復(fù)合材料與未復(fù)合的莫來石輕質(zhì)耐火磚相比可使導(dǎo)熱系數(shù)大幅度下降，對降低大型焦?fàn)t高溫煤氣回收管道的熱損失具有重要作用。由于涂層的良好密封功能，使莫來石輕質(zhì)耐火磚的抗?jié)B碳性大幅度改善，可有效延長使用壽命。
文檔編號C04B41/85GK102030564SQ201010519679
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者何江榮, 劉秋蘭, 宋一華, 徐廣平 申請人:東臺市節(jié)能耐火材料廠