氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的制備方法，包括配料、成型、烘干和氮化燒結(jié)，具體以65%～85%的碳化硅和15%～35%的硅粉為主要原料，另外加入木質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑，將原料和結(jié)合劑放入輪碾機(jī)中混煉，機(jī)壓成型，然后在特定制度下烘干，在低于1400℃溫度條件下，于真空電阻爐中經(jīng)歷排膠和氮化燒結(jié)，最終獲得力學(xué)性能好的特定氮化硅組成和晶型的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品。本發(fā)明通過控制成型密度、硅粉摻量和燒結(jié)制度來獲得具有特定晶型含量和氮化硅含量的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品，降低制備的成本，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐火材料制備方法，特別是涉及一種碳化硅耐火材料制備方法，應(yīng)用于新材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化娃制品屬于聞級(jí)耐火材料，具有機(jī)械強(qiáng)度聞、熱導(dǎo)率聞、抗熱震性能和耐磨損性好、抗堿侵蝕性優(yōu)良、抗渣性和抗氧化性優(yōu)良，以及對(duì)部分熔融金屬抵抗能力強(qiáng)等特征，已被廣泛地應(yīng)用于鋼鐵、有色冶金、石油、化學(xué)、電力、陶瓷和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。碳化硅是強(qiáng)共價(jià)鍵化和物，共價(jià)鍵占88%，其在一般工藝下很難燒結(jié)，在燒結(jié)時(shí)往往需要加入燒結(jié)助劑，或者通過第二相結(jié)合燒結(jié)的方法，才能形成致密的碳化硅燒結(jié)體。碳化硅材料的性能也在很大程度上取決于材料中碳化硅顆粒間的結(jié)合狀況。氮化硅與碳化硅有著相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，與碳化硅均為強(qiáng)共價(jià)鍵化合物。氮化硅的熱膨脹系數(shù)小，氧化速度非常慢，高溫強(qiáng)度大，體積穩(wěn)定性好，有良好的導(dǎo)熱性，對(duì)于多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都穩(wěn)定，不被熔融有色金屬所侵蝕，是碳化硅理想的結(jié)合材料。將氮化硅引入碳化硅內(nèi)制成氮化硅結(jié)合碳化硅材料，在保持了碳化硅固有特性的同時(shí)，可以有效地提高碳化硅材料的高溫強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性和抗鐵水侵蝕能力等性能，而且可以在1200-1450?的較低溫度下制備，反應(yīng)燒結(jié)過程為凈尺寸燒結(jié)，利于制備異形制品，適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0003]反應(yīng)燒結(jié)制備的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料雖然已被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色及建材工業(yè)，但隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)的工藝技術(shù)不斷發(fā)展，耐火材料所需面對(duì)的工作環(huán)境越發(fā)苛刻，這就對(duì)原先使用的耐火的性能提出了更高的要求。氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的生產(chǎn)現(xiàn)在還存在很多問題 ，如，如何保證硅粉的氮化率、如何控制氮化硅晶相組成、如何防止流硅現(xiàn)象的發(fā)生以及如何進(jìn)一步提高制品強(qiáng)度。
[0004]在工業(yè)生產(chǎn)中，為了能縮短生產(chǎn)周期，提高氮化率，往往會(huì)在原料中加入各種燒結(jié)助劑，并在1400°C以上進(jìn)行燒結(jié)。氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品的強(qiáng)度隨氮化硅量增加而提高，但是這種較高的燒結(jié)溫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則成本會(huì)大大提高。在1400°C以上進(jìn)行燒結(jié)，氮化硅會(huì)發(fā)生α相向β相的晶型轉(zhuǎn)變，燒結(jié)助劑也會(huì)促進(jìn)這種轉(zhuǎn)變，而若想制得性能優(yōu)良的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火制品，制品中應(yīng)該含有更多的α相氮化硅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法，對(duì)現(xiàn)有的反應(yīng)燒結(jié)制備氮化娃結(jié)合碳化娃耐火制品的方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)原料組成和成型密度，在優(yōu)化過的制度下進(jìn)行氮化燒結(jié)，從而控制金屬硅粉和氮?dú)夥磻?yīng)的速度以，以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料中氮化硅的含量和晶型的控制及提聞氣化率。
[0006]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的制備方法，包括如下步驟:
①坯料制備:由主要原料和粘結(jié)劑充分混合，再經(jīng)過困料后完成配料，在具體配料時(shí)，選用碳化硅和金屬硅粉作為主要原料，在主要原料中，碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~85%，金屬硅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~35%，碳化硅顆粒與細(xì)粉采用特定的級(jí)配，選用粒度分別為1.43~
2.5 mm、0.5~1.43 mm、0~0.5 mm和240目的碳化娃粉料，并按照不同粒度由大到小的質(zhì)量比為2:3:3:2進(jìn)行配料，金屬硅粉的粒度為1000目，粘結(jié)劑采用木質(zhì)素磺酸鈣作為主要原料的結(jié)合劑，木質(zhì)素磺酸鈣的加入量為主要原料和粘結(jié)劑的總質(zhì)量的3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液；使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，先將粒度為1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅粉料倒入輪碾機(jī)中，混煉5min，然后再向輪碾機(jī)中倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、粒度為240目碳化硅微粉以及粒度為1000目的金屬硅粉，混煉40min，而后在接近16°C的條件下經(jīng)過4~96h困料后，即完成坯料制備；
②素坯成型:將在上述步驟①中完成配料的混合料進(jìn)行壓力成型，得到素胚；在制備素胚時(shí)，優(yōu)選采用干壓成型，控制壓力可為53~328 MPa，并保壓15s ；
③生坯干燥:在40~110°C的溫度條件下，對(duì)在上述步驟②中制備的素胚進(jìn)行烘干，得到干燥后的生坯；在制備生坯時(shí)，優(yōu)選的烘干方法是將素坯置于養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)依次于40°C、60°C、80°C和 110°C下各保溫 6h ；
④生坯排膠:采用高溫排膠爐，在200~700°C的溫度范圍內(nèi)，對(duì)在上述步驟③中制備的生坯在進(jìn)行排膠；在排膠時(shí)，優(yōu)選控制排膠溫度為200~700°C，并優(yōu)選分別在300°C時(shí)和600°C時(shí)各保溫2h ；
⑤氮化燒結(jié):在1150~1380°C的溫度條件下，將在上述步驟④中完成排膠的生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行36~72h的密封燒結(jié)，燒結(jié)工藝使用氣氛為氮?dú)猓獨(dú)饧兌?gt; 99.999%，并在燒結(jié)爐中維持氮?dú)鈮毫?.03~0.1MPa，最終得到氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品；氮化燒結(jié)使用的設(shè)備優(yōu)選采用真空電阻爐，即在燒結(jié)前，首先將真空電阻爐內(nèi)抽真空至-0.08~-0.09MPa,然后向真空電阻爐內(nèi)通入氮?dú)?，并維持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥眨辉?150~1380°C的溫度條件下，優(yōu)選地，按照2~:TC /min的升溫速度進(jìn)行升溫，氮化燒結(jié)采用分段依次燒結(jié)，在1150~1200°C范圍內(nèi)保溫5~10h，在1200~1300°C范圍內(nèi)保溫5~30h，在1300~1380°C范圍內(nèi)保溫5~30h ;優(yōu)選氮化燒結(jié)的升溫制度為:分段依次進(jìn)行升溫，在O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min，在200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min,在700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min，在1150~1380°C范圍內(nèi)升溫速度為2°C /min。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明能在各種壓力下成型，采用特定粒徑的碳化硅作為骨料，通過特定的級(jí)配，不僅能在很大的壓力范圍內(nèi)干壓成型，還能使硅粉得到充分的分散，提高生坯的均勻性；
2.本發(fā)明通過控制成型壓力來控制生坯的密度和氣孔率，從而控制氮?dú)庀虿牧蟽?nèi)擴(kuò)散的速度，結(jié)合調(diào)節(jié)制品中硅粉的含量來控制反應(yīng)速度，在避免局部反應(yīng)放熱過多導(dǎo)致硅粉融化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制品中氮化硅的含量和晶型的控制，提高氮化率；
3.本發(fā)明在1400°C以下溫度進(jìn)行燒結(jié)，減少氮化硅發(fā)生α相向β相的晶型轉(zhuǎn)變，制得性能優(yōu)良的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火制品，同時(shí)降低制備的成本；
4.本發(fā)明制備的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品在力學(xué)性能上有所提高，對(duì)原料的要求不高，制備過程簡(jiǎn)單，成本低廉，燒結(jié)溫度低，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
實(shí)施例一:
在本實(shí)施例中，選用粒度分別為1.43~2.5mm、0.5~1.43mm、O~0.5mm和240目的碳化娃構(gòu)成級(jí)配料，質(zhì)量比為2:3:3:2,碳化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%, 1000目娃粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，各粒度的碳化硅與硅粉純度≥98%, 240目碳化硅d50為32.718 μ m，1000目硅粉d50為4.694 μ m,木質(zhì)素磺酸鈣不計(jì)入總質(zhì)量，加入量為總質(zhì)量3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液。使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)先將1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅倒入輪碾機(jī)中，混煉5min，然后倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、240目碳化硅以及1000目的金屬硅粉，混煉40min?；旌昧虾笤?6°C條件下困料4h，使用四柱液壓機(jī)干壓成型，成型壓力53MPa,保壓時(shí)間15s,制的尺寸為25mmX 25mmX 150mm的樣條。樣條在恒溫恒濕箱中烘干，烘干制度為40°C、60°C、8(rC和110°C各6h。烘干后的式樣放入試驗(yàn)爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.09MPa，然后通入氮?dú)?，氮?dú)饧兌取?9.999%，維持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥照龎?br> 0.03~0.1MPa。接通電源加熱，O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min ；200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為2°C /min，其中300°C和600°C下各保溫2h進(jìn)行排膠；700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min, 1150°〇下保溫511 ; 1150~1350°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min, 1200°C下保溫5h，1300V下保溫20h，1380° C下保溫IOh，進(jìn)行分段氮化燒結(jié)。關(guān)閉電源，冷卻至60V以下，取出樣品。燒成后試樣無尺寸變化。
[0009]本實(shí)施例通過控制成型密度、硅粉摻量和燒結(jié)制度來獲得具有特定晶型含量和氮化硅含量的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品。本實(shí)施例方法包括配料、成型、烘干和燒成，具體以碳化硅和硅粉為主要原料，以木質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑，將原料放入輪碾機(jī)中混煉，機(jī)壓成型，然后在特定制度下烘干，于真空電阻爐中經(jīng)歷排膠和氮化燒結(jié)，最終獲得力學(xué)性能好的特定氮化硅組成和晶型的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品。
[0010]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，選用粒度分別為1.43~2.5mm、0.5~1.43mm、O~0.5mm和240目的碳化娃構(gòu)成級(jí)配料，質(zhì)量比為2:3:3:2,碳化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%, 1000目娃粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，各粒度的碳化硅與硅粉純度≥98%，240目碳化硅d50為32.718 μ m，1000目硅粉d50為4.694 μ m,木質(zhì)素磺酸鈣不計(jì)入總質(zhì)量，加入量為總質(zhì)量3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液。使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)先將1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅倒入輪碾機(jī)中，混煉5min，然后倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、240目碳化硅以及1000目的金屬硅粉，混煉40min?；旌昧虾笤?6°C條件下困料10h，使用四柱液壓機(jī)干壓成型，成型壓力73MPa,保壓時(shí)間15s,制的尺寸為25mmX 25mmX 150mm的樣條。樣條在恒溫恒濕箱中烘干，烘干制度為40°C、60°C、8(rC和110°C各6h。烘干后的式樣放入試驗(yàn)爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.09MPa，然后通入氮?dú)?，氮?dú)饧兌取?9.999%，維持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥照龎?br> 0.03~0.1MPa。接通電源加熱，O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min ；200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為2V /min，其中300°C和600°C下各保溫2h進(jìn)行排膠；700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min, 1150°〇下保溫511 ; 1150~1350°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min, 1200°C下保溫5h，1250°C下保溫10h，1300°C下保溫20h，1380°C下保溫10h，進(jìn)行分段氮化燒結(jié)。關(guān)閉電源，冷卻至60°C以下，取出樣品。燒成后試樣無尺寸變化。
[0011]實(shí)施例三:
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，選用粒度分別為1.43~2.5mm、0.5~1.43mm、O~0.5mm和240目的碳化娃構(gòu)成級(jí)配料，質(zhì)量比為2:3:3:2,碳化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%, 1000目娃粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，各粒度的碳化硅與硅粉純度≥98%，240目碳化硅d50為32.718 μ m，1000目硅粉d50為4.694 μ m,木質(zhì)素磺酸鈣不計(jì)入總質(zhì)量，加入量為總質(zhì)量3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液。使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)先將1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅倒入輪碾機(jī)中，混煉5min，然后倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、240目碳化硅以及1000目的金屬硅粉，混煉40min。混好料后在16°C條件下困料15h，使用四柱液壓機(jī)干壓成型，成型壓力113MPa,保壓時(shí)間15s,制的尺寸為25mmX 25mmX 150mm的樣條。樣條在恒溫恒濕箱中烘干，烘干制度為40°C、60°C、8(rC和110°C各6h。烘干后的式樣放入試驗(yàn)爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.09MPa，然后通入氮?dú)?，氮?dú)饧兌取?9.999%，維持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥照龎?br> 0.03~0.1MPa。接通電源加熱，O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min ；200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為2°C /min，其中300°C和600°C下各保溫2h進(jìn)行排膠；700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min，1150°C下保溫5h ；1150~1350°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min, 1200°C下保溫10h，1250°C下保溫10h，1300°C下保溫20h，1380°C下保溫10h，進(jìn)行分段氮化燒結(jié)。關(guān)閉電源，冷卻至60°C以下，取出樣品。燒成后試樣無尺寸變化。
[0012]實(shí)施例四:
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，選用粒度分別為1.43~2.5mm、0.5~1.43mm、O~0.5mm和240目的碳化娃構(gòu)成級(jí)配料，質(zhì)量比為2:3:3:2,碳化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%, 1000目娃粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，各粒度的碳化硅與硅粉純度≥98%，240目碳化硅d50為32.718 μ m，1000目硅粉d50為4.694 μ m,木質(zhì)素磺酸鈣不計(jì)入總質(zhì)量，加入量為總質(zhì)量3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液。使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)先將1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅倒入輪碾機(jī)中，混煉5min，然后倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、240目碳化硅以及1000目的金屬硅粉，混煉40min?；旌昧虾笤?6°C條件下困料15h，使用四柱液壓機(jī)干壓成型，成型壓力127MPa,保壓時(shí)間15s,制的尺寸為25mmX 25mmX 150mm的樣條。樣條在恒溫恒濕箱中烘干，烘干制度為40°C、60°C、8(rC和110°C各6h。烘干后的式樣放入試驗(yàn)爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.09MPa，然后通入氮?dú)猓獨(dú)饧兌取?9.999%，維持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥照龎?br> 0.03~0.1MPa。接通電源加熱，O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min ;200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為2°C /min，其中300°C和600°C下各保溫2h進(jìn)行排膠；700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min, 1150°C下保溫IOh ；1150~1350°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min, 1200°C下保溫10h，1300°C下保溫15h，1380°C下保溫10h，進(jìn)行分段氮化燒結(jié)。關(guān)閉電源，冷卻至60°C以下，取出樣品。燒成后試樣無尺寸變化。
[0013]實(shí)施例五:
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于:在本實(shí)施例中，選用粒度分別為1.43~2.5mm、0.5~1.43mm、O~0.5mm和240目的碳化娃構(gòu)成級(jí)配料，質(zhì)量比為2:3:3:2,碳化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%, 1000目娃粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，各粒度的碳化硅與硅粉純度≥98%，240目碳化硅d50為32.718 μ m，1000目硅粉d50為4.694 μ m,木質(zhì)素磺酸鈣不計(jì)入總質(zhì)量，加入量為總質(zhì)量3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液。使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)先將1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅倒入輪碾機(jī)中，混煉5min，然后倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、240目碳化硅以及1000目的金屬硅粉，混煉40min。混好料后在16°C條件下困料15h，使用四柱液壓機(jī)干壓成型，成型壓力177MPa,保壓時(shí)間15s,制的尺寸為25mmX25mmX 150mm的樣條。樣條在恒溫恒濕箱中烘干，烘干制度為40°C、6(TC、8(rC和110°C各6h。烘干后的式樣放入試驗(yàn)爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.09MPa，然后通入氮?dú)?，氮?dú)饧兌取?9.999%，維持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥照龎?br> 0.03~0.1MPa。接通電源加熱，O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min ；200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為2°C /min，其中300°C和600°C下各保溫2h進(jìn)行排膠；700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min, 1150°C下保溫IOh ；1150~1350°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min, 1200°C下保溫10h，1300°C下保溫20h，1380°C下保溫10h，進(jìn)行分段氮化燒結(jié)。關(guān)閉電源，冷卻至60°C以下，取出樣品。燒成后試樣無尺寸變化。
[0014]上面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明氮化硅結(jié)合 碳化硅耐火材料的制備方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: ①配料準(zhǔn)備:由主要原料和粘結(jié)劑充分混合，再經(jīng)過困料后完成配料，在具體配料時(shí)，選用碳化硅和金屬硅粉作為主要原料，在主要原料中，碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~85%，金屬硅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~35%，碳化硅顆粒采用特定的級(jí)配，選用粒度分別為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質(zhì)量比為2:3:3:2進(jìn)行碳化硅顆粒混合配料，金屬硅粉的粒度為1000目，粘結(jié)劑采用木質(zhì)素磺酸鈣作為主要原料的結(jié)合劑，木質(zhì)素磺酸鈣的加入量為主要原料和粘結(jié)劑的總質(zhì)量的3%，木質(zhì)素磺酸鈣與水配成1:1溶液； ②素坯成型:將在上述步驟①中完成配料的混合料進(jìn)行壓力成型，得到素胚； ③生坯干燥:在40~110°C的溫度條件下，對(duì)在上述步驟②中制備的素胚進(jìn)行烘干，得到干燥后的生胚； ④生坯排膠:采用高溫排膠爐，在200~700°C的溫度范圍內(nèi)，對(duì)在上述步驟③中制備的生坯在進(jìn)行排膠； ⑤氮化燒結(jié):在1150~1380°C的溫度條件下，將在上述步驟④中完成排膠的生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行36~72h的密封燒結(jié)，燒結(jié)工藝使用氣氛為氮?dú)?，氮?dú)饧兌?gt; 99.999%，并在燒結(jié)爐中維持氮?dú)鈮毫?.03~0.1MPa，最終得到氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的制備方法，其特征在于:在上述步驟①中，使用輪碾機(jī)進(jìn)行混料，先將采用的粒度為1.43~2.5 mm、0.5~1.43 mm和O~0.5 mm的碳化硅粉料倒入輪 碾機(jī)中，混煉5min，然后再向輪碾機(jī)中倒入木質(zhì)素磺酸鈣溶液、粒度為240目碳化硅微粉以及粒度為1000目的金屬硅粉，混煉40min，而后在接近16°C的條件下經(jīng)過4~96h困料后，即完成配料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的制備方法，其特征在于:在上述步驟①中，在輪碾機(jī)中，將粒度為240目碳化硅微粉、粒度為1000目的金屬硅粉以及木質(zhì)素磺酸鈣溶液進(jìn)行混合時(shí)，首先向輪碾機(jī)中倒入木質(zhì)素磺酸鈣，混煉接近5min，然后向輪碾機(jī)中加入粒度為240目碳化硅微粉和粒度為1000目的金屬硅粉，再次混煉接近35min，而后經(jīng)過困料后，即完成配料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法,其特征在于:在上述步驟②中，在制備素胚時(shí)，采用干壓成型，控制壓力可為53~328 MPa，保壓時(shí)間為15s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法,其特征在于:在上述步驟③中，在制備生坯時(shí)，烘干方法是將在上述步驟②中制備的素坯置于養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)依次于40 V、60°C、80°C和110°C下各保溫6h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法,其特征在于:在上述步驟④中，在排膠時(shí)，排膠溫度為200~700°C，其中在300°C時(shí)和600°C時(shí)各保溫2h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法,其特征在于:在上述步驟⑤中，氮化燒結(jié)使用的設(shè)備為真空電阻爐，在燒結(jié)前，首先將真空電阻爐內(nèi)抽真空至-0.08~-0.09MPa，然后向真空電阻爐內(nèi)通入氮?dú)猓⒕S持氮化燒結(jié)的氮?dú)鈿夥铡?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法,其特征在于，在上述步驟⑤中，在1150~1380°C的溫度條件下，按照2~3°C /min的升溫速度進(jìn)行升溫，氮化燒結(jié)采用分段依次燒結(jié)，在1150~1200°C范圍內(nèi)保溫5~10h，在1200~1300°C范圍內(nèi)保溫5~30h，在1300~1380°C范圍內(nèi)保溫5~30h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述氮化娃結(jié)合碳化娃耐火材料的制備方法,其特征在于，在上述步驟⑤中，氮化燒結(jié)的升溫制度為:分段依次進(jìn)行升溫，在O~200°C范圍內(nèi)升溫速度為5°C /min，在200~700°C范圍內(nèi)升溫速度為3°C /min，在700~1150°C范圍內(nèi)升溫速度為5° C /min，在1150~1380°C范圍內(nèi)升溫速度為2V /min。
【文檔編號(hào)】C04B35/66GK104016693SQ201410254873
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】余仲達(dá), 王赫, 張捷宇, 王磊, 劉國奇, 王剛 申請(qǐng)人:上海大學(xué)