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含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法

文檔序號(hào):1907633閱讀:386來源:國知局
含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法。其技術(shù)方案是:先以60~75wt%的剛玉、10~16wt%的鱗片石墨、10~20wt%的碳化硅和2~5wt%的單質(zhì)硅粉為原料,混合,再外加所述原料0.2~0.6wt%的碳纖維和3~5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在200~240℃條件下保溫20~24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。本發(fā)明制備工藝簡單,所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚具有高溫力學(xué)強(qiáng)度高、熱震穩(wěn)定性好和使用壽命長的特點(diǎn)。
【專利說明】含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氧化鋁-碳化硅-碳磚【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種含碳纖維的氧化 錯(cuò)-碳化娃_碳磚及其制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 隨著冶金工業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)鋼的品種和質(zhì)量在提高。因此對(duì)鐵水提出了更為嚴(yán)格 的要求,以減少轉(zhuǎn)爐的負(fù)荷和適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)奏的需要。這樣就要求在魚雷式混鐵車、鐵水 罐等設(shè)備里對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理。
[0003] 而隨著鐵水預(yù)處理技術(shù)的采用,魚雷式混鐵車、鐵水罐等鐵水預(yù)處理設(shè)備內(nèi)襯的 使用條件更加惡劣。不僅有高溫熔蝕,而且伴有結(jié)構(gòu)性分層、剝落,這就要求所用的耐火材 料不僅要具有優(yōu)良的抗熔渣、鐵水侵蝕與滲透性,而且要具有耐熔損、抗沖刷和抗熱震等性 能。
[0004] 氧化鋁-碳化硅-碳磚是指以氧化鋁、碳化硅和炭素原料為主要成分以酚醛樹脂 等為結(jié)合劑的不燒含碳復(fù)合耐火材料,由于其具有良好的抗渣性和熱震穩(wěn)定性,同時(shí)具有 一定的抗沖刷和耐磨損性能,故廣泛應(yīng)用于魚雷式混鐵車、鐵水罐等鐵水預(yù)處理設(shè)備的內(nèi) 襯。
[0005] "一種添加碳化硅-金屬硅復(fù)合粉體的鋁碳化硅碳磚"(CN102757245A)專利技術(shù), 公開了一種添加碳化硅-金屬硅復(fù)合粉體的鋁碳化硅碳磚的制備方法,該方法首先處理多 晶硅或單晶硅材料切割過程中產(chǎn)生的廢砂漿,得到碳化硅-金屬硅復(fù)合粉體,然后以該復(fù) 合粉體為原料制備鋁碳化硅碳磚,降低了生產(chǎn)成本,提高了使用效果。但該方法工藝復(fù)雜, 廢砂漿經(jīng)處理所得到的復(fù)合粉體的成分難以保持穩(wěn)定,影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性,難以控制產(chǎn)品 的使用周期。"一種魚雷罐用鋁碳化硅碳磚及其制備方法"(CN102603314A)專利技術(shù),公開 了一種添加氮化物的鋁碳化硅碳磚的制備方法,該專利技術(shù)的主要缺陷在于:1,氮化物的 價(jià)格昂貴,添加量較大,產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高。2,在鋁碳化硅碳磚添加金屬鋁粉會(huì)影響其在 高溫下的使用性能。"一種鋁碳化硅碳磚及其制備方法"(CN103664201A)專利技術(shù),公開了 一種燒結(jié)溫度低的鋁碳化硅碳磚的制備方法,該方法的燒結(jié)溫度低,節(jié)約能源。但由于添加 了鋅,會(huì)降低鋁碳化硅碳磚在高溫下的使用性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷,目的是提供一種制備工藝簡單、高溫力學(xué)強(qiáng)度好、 熱震穩(wěn)定性好和使用壽命長的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:先以6(T75wt%的剛玉、l(Tl6wt% 的鱗片石墨、l〇~20wt%的碳化娃和2~5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述原料 0. 2?0. 6wt%的碳纖維和:T5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C條件下 保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0008] 所述剛玉為致密剛玉、棕剛玉和白剛玉中的一種,所述剛玉的A1203含量彡94wt% ; 所述剛玉的顆粒級(jí)配是:粒徑小于5mm且大于等于3mm為20?25wt%,粒徑小于3mm且大于 等于1mm為40?50wt%,粒徑小于1 mm且大于等于0. 088mm為20?25wt%,粒徑小于0. 088mm 為 10?15wt%。
[0009] 所述鱗片石墨的C含量> 90wt% ;鱗片石墨的粒徑為< 0· 3mm。
[0010] 所述碳化娃的SiC含量彡97wt% ;碳化娃的粒徑<0· 088mm。
[0011] 所述單質(zhì)娃粉的Si含量彡97wt% ;單質(zhì)娃粉的粒徑< 0. 075mm。
[0012] 所述碳纖維為高強(qiáng)型氣相生長碳纖維,碳含量> 99wt%。
[0013] 所述固態(tài)酚醛樹脂的粒徑彡0. 2 mm。
[0014] 所述機(jī)壓成型的壓力是80?120MPa。
[0015] 由于采用上述技術(shù)方案,本發(fā)明將具有高強(qiáng)度、低密度以及耐腐蝕、無蠕變、非 氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞特性的碳纖維引入到氧化鋁-碳化硅-碳磚中以提高氧化 鋁-碳化硅-碳磚的使用性能。故本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果: 1、 制備工藝相對(duì)簡單,具有很大的產(chǎn)業(yè)化前景; 2、 碳纖維的加入顯著提升了制品的生坯強(qiáng)度及導(dǎo)熱性能,從而進(jìn)一步提高了制品的熱 震穩(wěn)定性和使用壽命; 3、 本發(fā)明制備的含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚,其體積密度為2. 69~2. 92g/cm3,常 溫耐壓強(qiáng)度為59. 1?68. 2MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為11. 9?15. 6MPa。
[0016] 因此,本發(fā)明具有制備工藝簡單、高溫力學(xué)強(qiáng)度好、熱震穩(wěn)定性好和使用壽命長的 特點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述,并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
[0018] 為了避免重復(fù),先將本【具體實(shí)施方式】中所涉及到原料的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下, 實(shí)施例中不再累贅: 致密剛玉、棕剛玉和白剛玉中的A1203含量彡94wt% ;致密剛玉、棕剛玉和白剛玉的顆 粒級(jí)配是:粒徑小于5mm且大于等于3mm為20?25wt%,粒徑小于3mm且大于等于1mm為 40?50wt%,粒徑小于1 mm且大于等于0. 088mm為20?25wt%,粒徑小于0. 088mm為l(Tl5wt%。
[0019] 所述鱗片石墨的C含量> 90wt% ;鱗片石墨的粒徑為< 0. 3mm。
[0020] 所述碳化娃的SiC含量彡97wt% ;碳化娃的粒徑<0· 088mm。
[0021] 所述單質(zhì)娃粉的Si含量彡97wt% ;單質(zhì)娃粉的粒徑<0· 075mm。
[0022] 所述碳纖維為高強(qiáng)型氣相生長碳纖維,碳含量> 99wt%。
[0023] 所述固態(tài)酚醛樹脂的粒徑彡0· 2 mm。
[0024] 所述機(jī)壓成型的壓力是8(Tl20MPa。
[0025] 實(shí)施例1 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以60~65wt%的致密剛玉、 14?16wt%的鱗片石墨、17?20wt%的碳化娃和4?5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 2(T〇. 25wt%的碳纖維和4?5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0026] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 69?2. 76g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為65. 4?68. 2MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X 0. 5h)為 11. 9?12. 6MPa。
[0027] 實(shí)施例2 一種含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法,先以65~70wt%的致密剛玉、 12?14wt%的鱗片石墨、14?17wt%的碳化娃和3?4wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 25?0. 30wt%的碳纖維和4?5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0028] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 71?2. 83g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為64. 3?68. OMPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為 12. 5^13. 8MPa〇
[0029] 實(shí)施例3 一種含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚及其制備方法,先以7(T75wt%的致密剛玉、 10?12wt%的鱗片石墨、12?15wt%的碳化娃和2?3wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 3(T〇. 35wt%的碳纖維和:T4wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0030] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 80?2. 91g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為64. 1?67. 2MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為 13. 5?14. 6MPa。
[0031] 實(shí)施例4 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以62~67wt%的白剛玉、 14?16wt%的鱗片石墨、16?18wt%的碳化娃和3?4wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 35?0. 40wt%的碳纖維和:T4wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0032] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 72?2. 80g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為63. 8?66. 9MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為 13. 6?14. 5MPa。
[0033] 實(shí)施例5 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以67~72wt%的白剛玉、 12?14wt%的鱗片石墨、12?14wt%的碳化娃和4?5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 4(T〇. 45wt%的碳纖維和:T4wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0034] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 81?2. 91g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為62. 1?67. OMPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為 14. Γ14. 9MPa〇 [0035] 實(shí)施例6 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以60~65wt%的棕剛玉、 14?16wt%的鱗片石墨、17?20wt%的碳化娃和4?5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 45?0. 50wt%的碳纖維和4?5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0036] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 7(T2. 79g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為61. 1?65. 2MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為 13. 9?14. 7MPa。
[0037] 實(shí)施例7 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以65~70wt%的棕剛玉、 12?14wt%的鱗片石墨、14?17wt%的碳化娃和3?4wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 5(T〇. 55wt%的碳纖維和4?5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0038] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 82?2. 92g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為60. 5?64. 2MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X 0. 5h)為 14. 3?14. 9MPa。
[0039] 實(shí)施例8 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以7〇~75wt%的棕剛玉、 10?12wt%的鱗片石墨、12?15wt%的碳化娃和2?3wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 55?0. 60wt%的碳纖維和:T4wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0040] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 79?2. 87g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為59. 8?63. 2MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X0. 5h)為 14. 6^15. 2MPa〇
[0041] 實(shí)施例9 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以70~75wt%的白剛玉、 12~16wt%的鱗片石墨、10~12wt%的碳化娃和3~5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 55?0. 60wt%的碳纖維和4?5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0042] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 78?2. 88g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為59. 2?63. 4MPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X 0. 5h)為 14. 7?15. 5MPa。
[0043] 實(shí)施例10 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)-碳化娃-碳磚及其制備方法,先以70~75wt%的白剛玉、 10?14wt%的鱗片石墨、12?14wt%的碳化娃和3?5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再外加所述 原料0. 55?0. 60wt%的碳纖維和4?5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在20(T240°C 條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
[0044] 本實(shí)施例所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚經(jīng)檢測(cè):體積密度為 2. 76?2. 89g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為59. 1?64. OMPa,高溫抗折強(qiáng)度(1450°C X 0. 5h)為 14. 6^15. 6MPa〇
[0045] 本【具體實(shí)施方式】將具有高強(qiáng)度、低密度以及耐腐蝕、無蠕變、非氧化環(huán)境下耐超高 溫,耐疲勞特性的碳纖維引入到氧化鋁-碳化硅-碳磚中以提高氧化鋁-碳化硅-碳磚的 使用性能。故本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果: 1、制備工藝相對(duì)簡單,具有很大的產(chǎn)業(yè)化前景;
【權(quán)利要求】
1. 一種含碳纖維的氧化錯(cuò)_碳化娃_碳磚的制備方法,其特征在于:先以60~75wt% 的剛玉、10?16wt%的鱗片石墨、10?20wt%的碳化娃和2?5wt%的單質(zhì)娃粉為原料,混合,再 外加所述原料〇. 2~0. 6wt%的碳纖維和:T5wt%的固態(tài)酚醛樹脂,混合均勻,機(jī)壓成型,在 20(T240°C條件下保溫2(T24h,制得含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述剛玉為致密剛玉、棕剛玉和白剛玉中的一種,所述剛玉的A1 203含量>94wt% ;所述剛玉 的顆粒級(jí)配是:粒徑小于5mm且大于等于3mm為20~25wt%,粒徑小于3mm且大于等于1mm為 40?50wt%,粒徑小于1 mm且大于等于0. 088mm為20?25wt%,粒徑小于0. 088mm為l(Tl5wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述鱗片石墨的C含量> 90wt% ;鱗片石墨的粒徑為< 0. 3mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述碳化娃的SiC含量彡97wt% ;碳化娃的粒徑< 0. 088mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述 單質(zhì)娃粉的Si含量彡97wt% ;單質(zhì)娃粉的粒徑< 0. 075mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述碳纖維為高強(qiáng)型氣相生長碳纖維,碳含量> 99wt%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述固態(tài)酚醒樹脂的粒徑< 〇. 2 mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備方法,其特征在于 所述機(jī)壓成型的壓力是8(Tl20MPa。
9. 一種含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚,其特征在于所述含碳纖維的氧化鋁-碳化 硅-碳磚是根據(jù)權(quán)利要求1~8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚的制備 方法所制備的含碳纖維的氧化鋁-碳化硅-碳磚。
【文檔編號(hào)】C04B35/66GK104086195SQ201410338151
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】李淑靜, 繆黎燕, 李遠(yuǎn)兵, 徐娜娜, 繆黎麗, 向若飛, 李亞偉, 桑紹柏 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)
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