CN102701769A - 一种原位SiC增韧的焦宝石质预制件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种通过原位SiC增韧的焦宝石质预制件，以焦宝石、单质硅、氧化铝微粉和结合剂为基本原料，加外加剂，采用搅拌机将各种原料和分散剂干混至均匀，物料混匀后加入水搅拌均匀，注入模具中成型为预制件，将脱模并自然养护后的预制件在烘烤窑中进行烘烤，最后放入高温窑内在埋炭还原气氛下于1250℃～1350℃的高温下烧成，烧成后冷却至室温即可。与传统产品相比，本发明产品热态抗折强度得到显著提高，热震稳定性亦大幅改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料，特别是涉及一种通过原位SiC增韧的焦宝石质预制件。
背景技术
目前，耐火材料在材质上主要以氧化物材料和碳复合材料为主。以氧化物为主的耐火材料通常脆性较大，而碳复合耐火材料可以起到改善氧化物类耐火材料脆性的目的。但此类材料存在抗氧化性差、导热率过高以及使用范围有限等缺点。在此基础上，在氧化物体系中引入SiC、Sialon等非氧化物相的做法成为耐火材料领域的个新的研究热点。
众多研究表明，氧化物一非氧化物复合材料具有较高的高温强度和抗氧化性能，优良的抗热震性、抗侵蚀性能，可望成为高温工业关键部位使用的新一代优质高性能耐火材料。
焦宝石质预制件通常采用浇注料方法预制成形。普通焦宝石质预制件热态强度不高，影响其使用效果。因此，开发性能更好的焦宝石预制件产品，并对产品质量实现可控，是一种有效保证用户稳定生产的途径，也是耐火材料行业目前急需解决的问题。
本发明要解决的技术问题：提供一种通过原位SiC增韧的焦宝石质预制件，该预制件的热态抗折强度和高温体积稳定性均优于普通焦宝石质预制件。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件，其特征在于，所述焦宝石质预制件原料组成为：以重量百分含量表示，焦宝石60～65％，金属硅10～15％，氧化铝微粉10~20％，结合剂5～10％，外加占上述原料总重0.15％的外加剂，所述结合剂为粘土和高铝水泥的混合物，两者的重量比为3：1。
根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述焦宝石中氧化铝含量≥45％且不＞48%。
根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述金属硅中Si含量≥98％；所述金属硅为粒度500目和325目单质硅中的任一种，或两种的混合物；所述500目和325目金属硅两种混合物的比例为1：1。
根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述氧化铝微粉中氧化铝含量≥98％；所述氧化铝微粉的中位径D50为0~0.5μm。
根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述外加剂为木钙粉或聚羧酸盐的一种。
权利要求1-5任一项所述焦宝石质预制件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）、按照原料组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；
（2）、向干混物料中加入占干料总重5±1％的水，搅拌均匀，然后注入模具中，在振动台振动棒振动成型，成型后得到顶制件；
（3）、将预制件在模中于室温20℃下养护1天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制件放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度180～200℃，烘烤时间12～24小时；
（4）、将烘烤后的预制件放入匣钵内，预制件顶部覆盖厚度高于140mm的焦炭层，然后将匣钵整体放入高温梭式窑中，在1250～1350℃下高温烧成，在最高温度下保温10～20小时，之后停窑，冷却至室温，即获得通过原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件产品。
根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述焦炭颗粒0-2mm和2-3mm的质量比2:1。
本发明的积极有益效果：
1、本发明产品在原有焦宝石质预制件的基础上引入金属硅，在埋炭还原气氛下烧成，引入体系中的Si可发生原位反应，生成SiC增强相。由于该反应存在气相传质机理，所生成的原位SiC增强相多呈纤维形状，且在制品基质里可趋向弥散分布，均匀性好。这种原位SiC增强相可大幅提高焦宝石质预制件的热态抗折强度。2、本发明产品解决了普通焦宝石质预制件热态强度不高，使用中容易发生应力破坏的疑难问题。本发明产品具有较好的性能，尤其是热态抗折强度较高。详见表1。
表l 本发明产品的性能检测数据
| 项目 | 指标 |
| Al2O3，% | ≥45 |
| 显气孔率，% | ≤12 |
| 体积密度，g/cm3 | ≥2.10 |
| 1200℃热态抗折强度，MPa | ≥16 |
具体实施方式
以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。
实施例1：一种通过原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件
（1）、原料组成：以重量百分比表示，焦宝石60％，金属硅15％，氧化铝微粉10％，结合剂15％，外加占上述原料总重0.15％的外加剂，所述结合剂为粘土和高铝水泥的混合物，两者的重量比为3：1，所述焦宝石中氧化铝含量≥45％且不＞48%，所述金属硅中Si含量≥98％，所述氧化铝微粉中氧化铝含量≥98％，所述氧化铝微粉的中位径D50为0~0.5μm，所述外加剂为木钙粉。（2）、按照原料组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；（3）、向干混物料中加入占干料总重6％的水，搅拌均匀，然后注入模具中，在振动台振动棒振动成型，成型后得到顶制件；（4）、将预制件在模中于室温20℃下养护1天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制件放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度180℃，烘烤时间24小时；（5）、将烘烤后的预制件放入匣钵内，预制件顶部覆盖厚度高于140mm的焦炭层，然后将匣钵整体放入高温梭式窑中，在1250℃下高温烧成，在最高温度下保温20小时，之后停窑，冷却至室温，即获得通过原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件产品。
实施例2：与实施例l基本相同，不同之处在于：
（1）、原料组成：以重量百分比表示，焦宝石65％，金属硅10％，氧化铝微粉10％，结合剂15％，外加占上述原料总重0.15％的外加剂，所述结合剂为粘土和高铝水泥的混合物，两者的重量比为3：1，所述焦宝石中氧化铝
含量≥45％且不＞48%，所述金属硅中Si含量≥98％，所述氧化铝微粉中氧化铝
含量≥98％，所述氧化铝微粉的中位径D50为0~0.5μm，所述外加剂为聚羧酸盐。（2）、按照原料组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；（3）、向干混物料中加入占干料总重5％的水，搅拌均匀，然后注入模具中，在振动台振动棒振动成型，成型后得到顶制件；（4）、将预制件在模中于室温20℃下养护1天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制件放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度190℃，烘烤时间20小时；（5）、将烘烤后的预制件放入匣钵内，预制件顶部覆盖厚度高于140mm的焦炭层，然后将匣钵整体放入高温梭式窑中，在1300℃下高温烧成，在最高温度下保温15小时，之后停窑，冷却至室温，即获得通过原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件产品。
实施例3：与实施例l基本相同，不同之处在于：
（1）、原料组成：以重量百分比表示，焦宝石62％，金属硅13％，氧化铝微粉16％，结合剂9％，外加占上述原料总重0.15％的外加剂，所述结合剂为粘土和高铝水泥的混合物，两者的重量比为3：1，所述焦宝石中Al2O3含量≥45％且不＞48%，所述金属硅中Si含量≥98％，所述氧化铝微粉中Al2O3含量≥98％，所述氧化铝微粉的中位径D50为0~0.5μm，所述外加剂为聚羧酸盐。（2）、按照原料组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；（3）、向干混物料中加入占干料总重4％的水，搅拌均匀，然后注入模具中，在振动台振动棒振动成型，成型后得到顶制件；（4）、将预制件在模中于室温20℃下养护1天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制件放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度200℃，烘烤时间20小时；（5）、将烘烤后的预制件放入匣钵内，预制件顶部覆盖厚度高于140mm的焦炭层，然后将匣钵整体放入高温梭式窑中，在1350℃下高温烧成，在最高温度下保温10小时，之后停窑，冷却至室温，即获得通过原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件产品。
Claims (7)
1.一种原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件，其特征在于，所述焦宝石质预制件原料组成为：以重量百分含量表示，焦宝石60～65％，单质硅10～15％，氧化铝微粉10~20％，结合剂9～15％，外加占上述原料总重0.15％的外加剂，所述结合剂为粘土和高铝水泥的混合物，两者的重量比为3：1。
2.根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述焦宝石中Al2O3含量≥45％且不＞48%。
3.根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述单质硅中Si含量≥98％；所述单质硅为粒度500目和325目单质硅中的任一种，或两种的混合物；所述500目和325目单质硅两种混合料的比例为1：1。
4.根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述氧化铝微粉中Al2O3含量≥98％；所述氧化铝微粉的中位径D50为0~0.5μm。
5.根据权利要求1所述的焦宝石质预制件，其特征在于：所述外加剂为木钙粉或聚羧酸盐的一种。
6.权利要求1-5任一项所述焦宝石质预制件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）、按照原料组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；
（2）、向干混物料中加入占干料总重5±1％的水，搅拌均匀，然后注入模具中，在振动台振动棒振动成型，成型后得到顶制件；
（3）、将预制件在模中于室温20℃下养护1天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制件放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度180～200℃，烘烤时间12～24小时；
（4）、将烘烤后的预制件放入匣钵内，预制件顶部覆盖厚度高于140mm的焦炭层，然后将匣钵整体放入高温梭式窑中，在1250～1350℃下高温烧成，在最高温度下保温10～20小时，之后停窑，冷却至室温，即获得通过原位生成SiC增韧的焦宝石质预制件产品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述焦炭颗粒0-2mm和2-3mm的质量比2:1。
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| CN104876590A (zh) * | 2014-02-27 | 2015-09-02 | 滕州三圣新型材料有限公司 | 焦宝石高强喷涂料 |
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