一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。其技術(shù)方案是：先將13~22wt%的硅粉和0.01~1wt%的催化劑粉干法球磨，加入0.1~0.99wt%的三氧化二釔細(xì)粉和12~22wt%的碳化硅細(xì)粉干法球磨，得混合細(xì)粉料；再將3~8wt%的結(jié)合劑、35~50wt%的碳化硅粗顆粒和10~18wt%的碳化硅中顆粒攪拌，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料；然后，將得到的混合細(xì)粉料加入到潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉，成型，冷等靜壓處理，干燥，得燒結(jié)前驅(qū)體；最后將燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥蘸?320℃～1400℃條件下制得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。本發(fā)明具有氮化反應(yīng)溫度低和反應(yīng)完全的特點(diǎn)；該制品純度高、壽命長(zhǎng)、抗熱震性和抗侵蝕性良好。
【專利說(shuō)明】一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳化硅復(fù)相耐高溫材料【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化硅(Si3N4)結(jié)合碳化硅(SiC)復(fù)相耐高溫材料因具有優(yōu)異的耐高溫和耐磨性、良好的導(dǎo)熱性、顯著的抗蠕變和抗化學(xué)侵蝕等性能，在鋼鐵冶金和化學(xué)工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用。特別是作為一種大中型高爐耐高溫(耐火)材料，它在過(guò)去的幾十年使用過(guò)程中對(duì)于延長(zhǎng)高爐使用壽命發(fā)揮了重要作用。傳統(tǒng)上Si3N4結(jié)合SiC的耐高溫材料制品通常以硅粉
(Si)、SiC顆粒和細(xì)粉為原料，以氧化鋁(Al2O3)細(xì)粉、氧化鎂(MgO)細(xì)粉或氧化釔(Y2O3)細(xì)粉等為添加劑，在氮?dú)鈿夥蘸透邷叵?通常為1400-1450°C)進(jìn)行原位氮化反應(yīng)燒結(jié)制備得到。然而，較厚的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火制品不僅使得其氮化溫度高、氮化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，而且常出現(xiàn)氮化不完全，制品內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)黑心、夾心等問(wèn)題；同時(shí)由于原位氮化反應(yīng)形成的Si3N4結(jié)合SiC復(fù)相耐高溫材料的致密化是通過(guò)氣相反應(yīng)來(lái)完成，導(dǎo)致現(xiàn)行技術(shù)生產(chǎn)的Si3N4結(jié)合SiC的制品存在氣孔率高、基質(zhì)和骨料之間的結(jié)合需要進(jìn)一步強(qiáng)化，材料的強(qiáng)度和抗熱震性能需要進(jìn)一步提高等問(wèn)題。
[0003]近些年來(lái)，我國(guó)納米科技發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，也正在致力于建立納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)。納米結(jié)構(gòu)具有大的比表面積、優(yōu)異的力學(xué)性能，是復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體，特別是在提高材料強(qiáng)度和韌性方面有顯著效果。一般情況下，納米粉可作為微量添加劑引入，能改善制品的燒結(jié)性和顯微結(jié)構(gòu)，從而強(qiáng) 烈地影響制品的力學(xué)性能。骨料顆粒中加入納米粉后，納米粉分布于顆粒間或顆粒內(nèi)，使晶粒的晶格發(fā)生畸變，促進(jìn)燒結(jié)，同時(shí)，在晶粒內(nèi)形成很多次界面，在材料受力產(chǎn)生裂紋時(shí)，可引起裂紋偏轉(zhuǎn)或裂紋被釘扎，從而提高制品的斷裂強(qiáng)度和韌性，改善耐高溫性能，提高抗熱震性和抗高溫蠕變性。如何采用先進(jìn)的技術(shù)制備出納米結(jié)構(gòu)以及將其應(yīng)用于耐火材料中以提升耐火材料的性能一直是耐火材料科技工作者思考的問(wèn)題。
[0004]實(shí)際上，在Si3N4結(jié)合SiC復(fù)相耐高溫材料的顯微結(jié)構(gòu)中，SiC顆粒被Si3N4基質(zhì)包裹，燒結(jié)后的氮化物通常會(huì)產(chǎn)生一些纖維狀、針狀晶須并形成網(wǎng)狀編織結(jié)構(gòu)，穿插于SiC顆粒之間，這樣的結(jié)構(gòu)使材料的力學(xué)性能雖得到一定程度的提高，但這種纖維和晶須結(jié)構(gòu)在材料或者制品中通常出現(xiàn)在氣孔中并且含量較少，導(dǎo)致這種提高作用是有限的。如何增加材料中的纖維含量尤其是納米纖維的含量是提高Si3N4結(jié)合SiC復(fù)相耐高溫材料致密度、強(qiáng)化基質(zhì)和骨料、提高材料強(qiáng)度和抗熱震性的關(guān)鍵。研究表明Fe、Co、Ni等金屬由于不滿的d軌道可接受電子或者電子對(duì)從而形成配合物，借助配體與受體的配位作用而形成活性中間體從而具有降低反應(yīng)活化能的特性，其被許多研究證實(shí)是催化活性非常高的過(guò)渡金屬，目前在煤氣化催化、乙醇汽油車尾氣凈化催化、鉬系雙金屬納米催化和碳的一維耐米結(jié)構(gòu)的催化合成中都得到廣泛的應(yīng)用，但是文獻(xiàn)表明其在原位氮化反應(yīng)Si3N4結(jié)合SiC復(fù)相耐高溫材料中沒(méi)有使用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，目的是提供一種氮化反應(yīng)溫度低、反應(yīng)完全的氮化娃結(jié)合碳化娃復(fù)相耐高溫材料的制備方法；用該方法制備的氮化娃結(jié)合碳化娃復(fù)相耐高溫材料純度高、強(qiáng)度大、壽命長(zhǎng)、抗熱震性優(yōu)異、抗侵蝕性良好和產(chǎn)業(yè)化前景大。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是:
步驟一、先將13~22wt%的硅粉和0.0riwt%的催化劑粉采用干法球磨0.5^2小時(shí)，再加入0.1~0.99wt%的三氧化二釔細(xì)粉和12~22wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨0.5~5小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0007]步驟二、將3~8wt%的結(jié)合劑加入到35~50wt%的碳化娃粗顆粒和10~18wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌0.1~0.5小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0008]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉0.5飛小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為1OO~3OOMPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在50~60°C條件下干燥廣3小時(shí)，在90~100℃條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0009]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以2~10°C /min的升溫速率升至1150~l200°C，保溫0.5~2小時(shí)；再以2~5°C /min的升溫速率升至1280~l300C，保溫0.5~2小時(shí)；然后以2~5°C /min的升溫速率升至1320~l400°C，保溫2~20小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0010]所述娃粉中的Si含量> 95wt%,粒徑< 0.1_。
[0011]所述催化劑為金屬Fe粉、Co粉和Ni粉中的一種以上，金屬Fe粉、Co粉和Ni粉中對(duì)應(yīng)的Fe、Co和Ni的含量≥95wt%，粒徑均≤lOMm。
[0012]所述三氧化二I乙細(xì)粉中Y2O3的含量≥95wt%,粒徑≤0.1mm。
[0013]所述碳化硅細(xì)粉中的SiC含量≥90wt%，碳化硅細(xì)粉的粒徑≤0.1mm。
[0014]所述碳化娃粗顆粒中的SiC含量≥ 90wt%,碳化娃粗顆粒的粒徑為0.5~1.2mm。
[0015]所述碳化硅中顆粒中的SiC含量≥90wt%，碳化硅中顆粒的粒徑為0.1`0.5mm。
[0016]所述結(jié)合劑為濃度為30%的工業(yè)糊精、濃度為30%的木質(zhì)素磺酸鈣溶液和濃度為10%的聚乙烯醇溶液中的一種。
[0017]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果和突出特點(diǎn):
1、本發(fā)明添加Fe、Co和Ni超細(xì)金屬粉為催化劑，降低氮化反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時(shí)間。
[0018]2、本發(fā)明添加Fe、Co和Ni超細(xì)金屬粉為催化劑，促進(jìn)了硅粉氮化并原位形成Si3N4納米纖維。所制備的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料中存在著大量的Si3N4納米纖維，Si3N4納米纖維提高了所制備的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的強(qiáng)度。
[0019]3、本發(fā)明添加Fe、Co和Ni超細(xì)金屬粉為催化劑，促進(jìn)硅粉的氮化反應(yīng)，解決了目前氮化制品中存在的氮化不完全和“硅芯”的問(wèn)題，本發(fā)明所制得的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的顯氣孔率為16.5^17.5%，體積密度為2.70~2.80g/cm3，常溫抗折強(qiáng)度為60~70MPa，耐壓強(qiáng)度為240~270MPa ;提高了所制備的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的純度、抗熱震性和抗侵蝕性，延長(zhǎng)了制品的使用壽命。
[0020]因此，本發(fā)明具有反應(yīng)溫度低和反應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)，所得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料純度高、強(qiáng)度大、壽命長(zhǎng)、抗熱震性優(yōu)異、抗侵蝕性良好和產(chǎn)業(yè)化前景大。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明制備的一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料斷面的SEM圖；
圖2是圖1所述氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料中晶須的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
[0023]為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的原料統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
所述娃粉中的Si含量≥95wt%,粒徑< 0.1mm。
[0024]金屬Fe粉、Co粉和Ni粉中對(duì)應(yīng)的Fe、Co和Ni的含量≥95wt%，粒徑均≤lOMm。
[0025]所述三氧化二乾細(xì)粉中Y2O3的含量≥95wt%,粒徑< 0.1mm。
[0026]所述碳化硅細(xì)粉中的SiC含量≥90wt%,碳化硅細(xì)粉的粒徑≤0.1mm。
[0027]所述碳化娃粗顆粒中的SiC含量> 90wt%,碳化娃粗顆粒的粒徑為0.5~1.2mm。
[0028]所述碳化硅中顆粒中的SiC含量≥90wt%，碳化硅中顆粒的粒徑為0.1-0.5mm。
[0029]實(shí)施例1
一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。本實(shí)施例的具體步驟是:步驟一、先將19~22wt%的硅粉和0.01-0.3wt%的金屬Co粉采用干法球磨0.5~I小時(shí)，再加入0.1-0.3wt%的三氧化二釔細(xì)粉和18~22wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨0.5^2小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0030]步驟二、將3~5wt%的濃度為10%的聚乙烯醇加入到4(T45wt%的碳化硅粗顆粒和14"l8wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌0.1-0.2小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0031]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉0.5~2小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為IOOlOOMPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在5(T60°C條件下干燥廣3小時(shí)，在9(T10(TC條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0032]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以8^10°C /min的升溫速率升至118(Tl200°C，保溫0.5^1小時(shí)；再以2~3°C /min的升溫速率升至129(Tl300°C，保溫0.5~I小時(shí)；然后以2~3。。/min的升溫速率升至138(Tl40(TC，保溫2飛小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0033]實(shí)施例2
一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。本實(shí)施例的具體步驟是:步驟一、先將19~22wt%的硅粉和0.01-0.3wt%的金屬Fe粉采用干法球磨0.5~I小時(shí)，再加入0.1-0.3wt%的三氧化二釔細(xì)粉和18~22wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨0.5^2小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0034]步驟二、將3~5wt%的濃度為10%的聚乙烯醇加入到40~45wt%的碳化娃粗顆粒和14"l8wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌0.1~0.2小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0035]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉0.5~2小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為IOOlOOMPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在5(T60°C條件下干燥廣3小時(shí)，在9(T10(TC條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0036]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以8^10°C /min的升溫速率升至118(Tl200°C，保溫0.5^1小時(shí)；再以2~3°C /min的升溫速率升至129(Tl300°C，保溫0.5~I小時(shí)；然后以2~3。。/min的升溫速率升至138(Tl40(TC，保溫2飛小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0037]實(shí)施例3
一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。本實(shí)施例的具體步驟是:步驟一、先將16~19wt%的硅粉和0.15~0.3wt%的金屬Fe粉和0.15~0.3wt%的金屬Ni粉采用干法球磨1~1.5小時(shí)，再加入0.3~0.6wt%的三氧化二釔細(xì)粉和15~20wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨2~3.5小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0038]步驟二、將5~7wt%的濃度為10%的聚乙烯醇加入到35~43wt%的碳化硅粗顆粒和13"l8wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌0.2^0.4小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0039]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉2~3.5小時(shí)， 機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為20(T250MPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在5(T60°C條件下干燥1~3小時(shí)，在9(T10(TC條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0040]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以6^80C /min的升溫速率升至117(Tll80°C，保溫f 1.5小時(shí)；再以3~4°C /min的升溫速率升至1285~1290°C，保溫I~1.5小時(shí)；然后以3~4°C /min的升溫速率升至135(Tl380°C，保溫6^14小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0041]實(shí)施例4
一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。本實(shí)施例的具體步驟是:步驟一、先將16~19wt%的硅粉和0.3~0.6wt%的金屬Ni粉采用干法球磨I~1.5小時(shí)，再加入0.3^0.6wt%的三氧化二釔細(xì)粉和15~20wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨2~3.5小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0042]步驟二、將5~7wt%的濃度為30%的木質(zhì)磺酸鈣加入到35~43wt%的碳化娃粗顆粒和13~18wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌0.2^0.4小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0043]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉2~3.5小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為20(T250MPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在5(T60°C條件下干燥1~3小時(shí)，在9(T10(TC條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0044]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以6^80C /min的升溫速率升至117(Tll80°C °C，保溫f 1.5小時(shí)；再以3~4°C /min的升溫速率升至1285~1290°C，保溫1~1.5小時(shí)；然后以3~4°C /min的升溫速率升至1350-l380°C，保溫6~14小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0045]實(shí)施例5
一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。本實(shí)施例的具體步驟是:步驟一、先將13~16wt%的硅粉和0.3~0.45wt%的金屬Fe粉和0.3~0.45wt%金屬Co粉采用干法球磨1.5^2小時(shí)，再加入0.6^0.99wt%的三氧化二釔細(xì)粉和12~17wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨3.5飛-5小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0046]步驟二、將6~8wt%的濃度為30%的工業(yè)糊精加入到45~50wt%的碳化硅粗顆粒和l(Tl3wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌0.4^0.5小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0047]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉3.5飛小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為250~300MPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在5(T60°C條件下干燥1~3小時(shí)，在9(T10(TC條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0048]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以2~6°C /min的升溫速率升至115(Tll70°C，保溫1.5~2小時(shí)；再以4~5°C /min的升溫速率升至1280~1285°C，保溫1.5~2小時(shí)；然后以4~5°C /min的升溫速率升至1320-l350°C，保溫14-20小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0049]實(shí)施例6
一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料及其制備方法。本實(shí)施例的具體步驟是:步驟一、先將13~16wt%的硅粉和0.3~0.45wt%的金屬Co粉和0.3~0.45wt%金屬Ni粉采用干法球磨1.5^2小時(shí)，再加入0.6^0.99wt%的三氧化二釔細(xì)粉和12~17wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨3.5-5小時(shí)，得混合細(xì)粉料。
[0050]步驟二、將6~8wt%的濃度為30%的工業(yè)糊精加入到45~50wt%的碳化硅粗顆粒和l(Tl3wt%的碳化硅中顆粒中，攪拌3.5-5小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料。
[0051]步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉3.5-5小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為250~300MPa ;然后將冷等靜壓處理后的坯體在50-60°C條件下干燥1~3小時(shí)，在90-100°C條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體。
[0052]步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以2~6°C /min的升溫速率升至1150-ll70°C，保溫1.5~2小時(shí)；再以4~5°C /min的升溫速率升至1280~1285°C，保溫1.5~2小時(shí)；然后以4~5°C /min的升溫速率升至1320-l350°C，保溫14-20小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
[0053]本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果和突出特點(diǎn):
1、本【具體實(shí)施方式】添加Fe、Co和Ni超細(xì)金屬粉為催化劑，降低氮化反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時(shí)間。
[0054]2、本【具體實(shí)施方式】添加Fe、Co和Ni超細(xì)金屬粉為催化劑，促進(jìn)了硅粉氮化并原位形成Si3N4納米纖維。圖1是實(shí)施例1制備的一種氮化娃結(jié)合碳化娃復(fù)相耐高溫材料斷面的SEM圖；圖2為該氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料中晶須的SEM圖，從圖1和圖2可知制品中存在著大量的Si3N4納米纖維，Si3N4納米纖維提高了所制備的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的強(qiáng)度。
[0055]3、本【具體實(shí)施方式】添加Fe、Co和Ni超細(xì)金屬粉為催化劑，促進(jìn)硅粉的氮化反應(yīng)，解決了目前氮化制品中存在的氮化不完全和“硅芯”的問(wèn)題，本【具體實(shí)施方式】所制得的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的顯氣孔率為16.5^17.5%，體積密度為2.7(T2.80g/cm3，常溫抗折強(qiáng)度為6(T70MPa，耐壓強(qiáng)度為24(T270MPa ;提高了所制備的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的純度、抗熱震性和抗侵蝕性，延長(zhǎng)了制品的使用壽命。
[0056]因此，本具體實(shí)施 方式具有反應(yīng)溫度低和反應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)，所得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料純度高、強(qiáng)度大、壽命長(zhǎng)、抗熱震性優(yōu)異、抗侵蝕性良好和產(chǎn)業(yè)化前景大。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述制備方法的具體步驟是: 步驟一、先將13~22wt%的硅粉和0.0riwt%的催化劑粉采用干法球磨0.5^2小時(shí)，再加入0.1~0.99wt%的三氧化二釔細(xì)粉和12~22wt%的碳化硅細(xì)粉，繼續(xù)采用干法球磨0.5~5小時(shí)，得混合細(xì)粉料； 步驟二、將3~8wt%的結(jié)合劑加入到35~50wt%的碳化娃粗顆粒和10~18wt%的碳化娃中顆粒中，攪拌0.1~0.5小時(shí)，得潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料； 步驟三、將步驟一得到的混合細(xì)粉料加入到步驟二得到的潤(rùn)濕后的碳化硅顆粒料中，混煉0.5飛小時(shí)，機(jī)壓成型，再對(duì)成型后的坯體進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理的壓力為10(T300MPa;然后將冷等靜壓處理后的坯體在5(T60°C條件下干燥I~3小時(shí)，在9(T100°C條件下干燥2~4小時(shí)，得燒結(jié)前驅(qū)體； 步驟四、將步驟三得到的燒結(jié)前驅(qū)體置于管式電爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障?先以2~1(TC /min的升溫速率升至115(Tl200°C，保溫0.5~2小時(shí)；再以2~5°C /min的升溫速率升至128(Tl300°C，保溫0.5~2小時(shí)；然后以2~5°C /min的升溫速率升至132(Tl400°C，保溫2~20小時(shí)，最后在氮?dú)鈿夥障码S爐自然冷卻至室溫，即得氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述娃粉中的Si含量≥95wt%,粒徑< 0.1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述催化劑為金屬Fe粉、Co粉和Ni粉中的一種以上，金屬Fe粉、Co粉和Ni粉中對(duì)應(yīng)的Fe、Co和Ni的含量≥95 wt%，粒徑均≤10Mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述三氧化二乾細(xì)粉中Y2O3的含量≥95wt%,粒徑< 0.1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述碳化硅細(xì)粉中的SiC含量> 90wt%，碳化硅細(xì)粉的粒徑< 0.1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述碳化娃粗顆粒中的SiC含量> 90wt%,碳化娃粗顆粒的粒徑為0.5"?.2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所述碳化硅中顆粒中的SiC含量> 90wt%，碳化硅中顆粒的粒徑為0.1~0.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法，其特征在于所 述結(jié)合劑為濃度為30%的工業(yè)糊精、濃度為30%的木質(zhì)素磺酸鈣溶液和濃度為10%的聚乙烯 醇溶液中的一種。
9.一種氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料，其特征在于所述氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料是根據(jù)權(quán)利要求廣8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料的制備方法所制備的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)相耐高溫材料。
【文檔編號(hào)】C04B35/80GK103896593SQ201410077935
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】張少偉, 張海軍, 黃軍同, 黃朝暉, 劉艷改, 房明浩 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)