一種氮化硅結(jié)合氮化硅鐵材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及高爐鋼包、水泥窯用耐火材料的制備方法，具體氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化硅是近年來(lái)新發(fā)展出來(lái)的新型結(jié)構(gòu)工程陶瓷，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫性能以及高強(qiáng)度高硬度等特點(diǎn)，其抗熱震穩(wěn)定性好，高溫蠕變小，較為耐磨。廣泛應(yīng)用于航空航天，機(jī)械，化工等領(lǐng)域。
[0003]在耐火材料領(lǐng)域，通常將氮化硅作為結(jié)合相與碳化硅或剛玉大顆粒結(jié)合，從而制備出性能優(yōu)良的氮化硅復(fù)合高溫材料。氮化硅復(fù)合材料通常采用金屬硅在氮?dú)庵械簧傻杞Y(jié)合相的方法；或添加氮化硅細(xì)粉與其他材料復(fù)合。然而，以其他材料細(xì)粉來(lái)結(jié)合氮化硅顆粒的工藝方法尚未見(jiàn)報(bào)道，其原因與工業(yè)氮化硅的生產(chǎn)方法有關(guān)。
[0004]目前，商用氮化硅制備主要有三種方法，分別為硅粉氮化、氮?dú)夥諊露趸璧奶紵徇€原和硅二酞亞胺的高溫分解，所制備出的氮化硅均為粉料。而氮化硅是一種高熔點(diǎn)化合物，在高溫下分解，不能通過(guò)再熔融合成制備出氮化硅顆粒。目前制備氮化硅顆粒的方法還未見(jiàn)報(bào)道。
[0005]氮化硅鐵是近年來(lái)發(fā)展出的一種新型材料，采用硅鐵合金在氮?dú)鈿夥罩械纯色@得氮化硅鐵塊體，其主要物相為Fe3Si和Si3N4,具有較好的常溫耐壓強(qiáng)度，已經(jīng)成功應(yīng)用于高爐炮泥中。該材料不僅具有氮化硅優(yōu)點(diǎn)，其中Fe3Si金屬間化合物還能將氮化硅結(jié)合起來(lái)，并起到金屬塑性的作用。由于氮化娃鐵
[0006]本發(fā)明將氮化硅鐵破碎成顆粒狀，以簡(jiǎn)單低成本的工業(yè)方法制備出具有氮化硅優(yōu)良性能的顆粒。采用氮化硅鐵顆粒，金屬硅粉作為原料，壓制成磚坯，在氮?dú)鈿夥罩械?，原位生成氮化硅結(jié)合相，制備出氮化硅結(jié)合氮化硅鐵復(fù)合材料。該方法操作工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的設(shè)備，且成本低廉，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境污染小，易于工業(yè)化推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種可用于高爐和水泥窯的氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚的制備方法。與純氮化硅鐵磚相比，氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚內(nèi)部形成氮化硅基質(zhì)與氮化硅顆粒的結(jié)合，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加牢固，常溫耐壓強(qiáng)度有較大提高，高溫性能更好，應(yīng)用范圍更廣泛。
[0008]—種氮化娃結(jié)合氮化娃鐵材料，其特征在于:所述的材料采用金屬娃粉、氮化娃鐵顆粒作為原料氮化而成；金屬硅粉氮化，在基質(zhì)中原位生成氮化硅；原料中添加的氮化硅鐵顆粒中包含氮化娃顆粒；所制備的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成氮化娃基質(zhì)與氮化娃鐵顆粒的結(jié)合結(jié)構(gòu)。
[0009]所述氮化硅鐵是采用閃速燃燒法制備而成，主要物相為Fe3Si和Si3N4,呈現(xiàn)多孔陶瓷性能，內(nèi)部多為微氣孔、呈塊狀且強(qiáng)度大(塊體強(qiáng)度通常>60Mpa);通過(guò)破碎氮化硅鐵塊體原料，制備出包含氮化娃顆粒的氮化娃鐵顆粒；Fe3Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% -35%，氮化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% -85%，氮化硅包裹Fe3Si。
[0010]按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取75-95%的氮化硅鐵顆粒，相應(yīng)5-25%的金屬硅粉作為原料，另外添加3-5%的酚醛樹(shù)脂作為結(jié)合劑，將原料混合后進(jìn)行混煉，并在15-40MPa下壓制成型；將壓制成型后的試樣放入燒結(jié)爐中，在1300-1450°C進(jìn)行氮化8-24h后自然冷卻即可獲得氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚。
[0011]本發(fā)明的基本構(gòu)思是以氮化硅鐵顆粒代替氮化硅顆粒，添加金屬硅粉為原料，在氮?dú)鈿夥罩袩Y(jié)氮化，原位反應(yīng)生成氮化硅，從而制備出以氮化硅基質(zhì)結(jié)合氮化硅顆粒的結(jié)構(gòu)的材料。本發(fā)明突破了工業(yè)技術(shù)難以制備出氮化硅顆粒的局限，制備出氮化硅結(jié)合氮化硅鐵材料。
[0012]本發(fā)明采用氮化硅鐵塊體破碎出氮化硅鐵顆粒，該顆粒中包含氮化硅團(tuán)聚顆粒。采用氮化硅鐵顆粒，金屬硅粉作為原料，經(jīng)混煉后壓制成型，在氮?dú)鈿夥罩械苽涑龅杞Y(jié)合氮化硅鐵材料。
[0013]本發(fā)明所制備的氮化硅鐵磚，其性能為所制備的材料氣孔率23-36%，體積密度2.20-2.50g/cm3，常溫耐壓強(qiáng)度100_200MPa，常溫抗折強(qiáng)度為30_60MPa，高溫抗折強(qiáng)度為8-18MPa，是一種強(qiáng)度較大的磚，其高溫性能也較好，適宜作為高爐和水泥窯磚。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)例I
[0015]I將氮化硅鐵塊體破碎得到氮化硅鐵顆粒。其主要物相為Fe3Si和Si3N4, Fe3Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ，氮化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% -85%。
[0016]2按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取90%的氮化硅鐵顆粒，相應(yīng)10%的金屬硅粉作為原料，將原料混合后進(jìn)行混煉，并在20MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入燒結(jié)爐中，在1300°C進(jìn)行氮化24h后自然冷卻即可獲得氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚。
[0017]實(shí)例2
[0018]I將氮化硅鐵塊體破碎得到氮化硅鐵顆粒。其主要物相為Fe3Si和Si3N4, Fe3Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% -35% ,氮化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% -85%。
[0019]2按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取80 %的氮化硅鐵顆粒，相應(yīng)20 %的金屬硅粉作為原料，將原料混合后進(jìn)行混煉，并在20MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入燒結(jié)爐中，在1300°C進(jìn)行氮化24h后自然冷卻即可獲得氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚。
[0020]實(shí)例3:
[0021 ] I將氮化硅鐵塊體破碎得到氮化硅鐵顆粒。其主要物相為Fe3Si和Si3N4, Fe3Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% -35% ,氮化娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% -85%。
[0022]2按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取90 %的氮化硅鐵顆粒，相應(yīng)10 %的金屬硅粉作為原料，將原料混合后進(jìn)行混煉，并在30MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入燒結(jié)爐中，在1450°C進(jìn)行氮化24h后自然冷卻即可獲得氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氮化硅結(jié)合氮化硅鐵材料，其特征在于:所述的材料采用金屬硅粉、氮化硅鐵顆粒作為原料氮化而成；金屬硅粉氮化，在基質(zhì)中原位生成氮化硅；原料中添加的氮化硅鐵顆粒中包含氮化娃顆粒；所制備的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成氮化娃基質(zhì)與氮化娃鐵顆粒的結(jié)合結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅結(jié)合氮化硅鐵材料，其特征在于:所述氮化硅鐵是采用閃速燃燒法制備而成，主要物相為Fe3Si和Si3N4,呈現(xiàn)多孔陶瓷性能，內(nèi)部多為微氣孔、呈塊狀且強(qiáng)度大、塊體強(qiáng)度> 60Mpa ;通過(guò)破碎氮化硅鐵塊體原料，制備出包含氮化硅顆粒的氮化硅鐵顆粒！Fe3Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% -35%,氮化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% -85%,氮化硅包裹Fe3Si03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化娃結(jié)合氮化娃鐵材料制備方法，其特征在于:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取75-95%的氮化硅鐵顆粒，相應(yīng)5-25%的金屬硅粉作為原料，另外添加3_5%的酚醛樹(shù)脂作為結(jié)合劑，將原料混合后進(jìn)行混煉，并在15-40MPa下壓制成型；將壓制成型后的試樣放入燒結(jié)爐中，在1300-1450°C進(jìn)行氮化8-24h后自然冷卻即可獲得氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及一種氮化硅結(jié)合氮化硅鐵磚的制備方法，用于制備高爐鋼包、水泥窯。本發(fā)明將氮化硅鐵破碎成顆粒狀，以簡(jiǎn)單低成本的工業(yè)方法制備出具有氮化硅優(yōu)良性能的顆粒。采用75％-95％氮化硅鐵顆粒，5-25％金屬硅粉作為原料，在氮?dú)鈿夥罩械?，原位生成氮化硅結(jié)合相，使得磚體中含有氮化硅基質(zhì)結(jié)合氮化硅顆粒的結(jié)構(gòu)，從而制備出氮化硅結(jié)合氮化硅鐵復(fù)合材料。該方法操作工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的設(shè)備，且成本低廉，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境污染小，易于工業(yè)化推廣。
【IPC分類】C04B35/66, C04B35/584
【公開(kāi)號(hào)】CN105152663
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510629876
【發(fā)明人】李勇, 秦海霞
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日