CN106747279A - 一种无机非金属耐高温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无机非金属耐高温材料及其制备方法，本发明无机非金属耐高温材料由以下原料制成：碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉、偶联剂、铝酸盐、硅酸盐、抗氧剂、复合外加剂。本发明无机非金属耐高温材料耐高温、热导率低，而且保证了高温条件下本发明材料的强度和刚度，抗冲击能力强，并且材料综合性能指标优异，工作温度高最高可达1500℃，还具有抗热震性能好，耐水性好，抗腐蚀能力强等系列优点。

Description

一种无机非金属耐高温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体涉及一种无机非金属耐高温材料及其制备方法。

背景技术

无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。

在冶金、水泥、矿山、煤炭、电力、航天航空等多种行业中无机非金属材料都有着广泛的应用，在高温作业中使用的材料多为金属和陶瓷，金属力学性能较好，导热系数较大，但不耐腐蚀，使用寿命不到三年，且锈垢严重，经常堵塞管道，影响燃烧与换热，还须经常清灰；陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料。

现有技术中，虽然，陶瓷无机非金属材料耐腐蚀性较好，但导热性能很差，严重影响换热，耐高温性能差且性脆，极易损坏。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种无机非金属耐高温材料及其制备方法，解决了现有技术中无机非金属耐高温材料耐高温性能差且性脆的技术问题。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种无机非金属耐高温材料，所述无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼30-40份、碳化硅30-40份、氮化硼30-40份、滑石粉70-100份、云母粉70-90份、石英粉60-80份、偶联剂10-20份、铝酸盐30-40份、硅酸盐30-40份、抗氧剂10-20份、复合外加剂10-20份。

优选的，所述无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼32-38份、碳化硅33-37份、氮化硼31-37份、滑石粉80-90份、云母粉75-85份、石英粉65-75份、偶联剂13-18份、铝酸盐32-37份、硅酸盐31-36份、抗氧剂12-18份、复合外加剂13-19份。

优选的，所述无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼35份、碳化硅35份、氮化硼35份、滑石粉85份、云母粉80份、石英粉70份、偶联剂15份、铝酸盐35份、硅酸盐36份、抗氧剂16份、复合外加剂16份。

优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝钛复合偶联剂、氟硅偶联剂中的至少一种。

优选的，所述抗氧剂为Ta2O5、NbO2、SiO2、B4C中的至少一种。

优选的，所述复合外加剂为硫酸钠、三乙醇胺、有机硅中的至少一种。

一种无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨10-15h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至100-200目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至700℃-1500℃烧结2-4h，保温 1-3h，降至室温，即可。

优选的，步骤S1所述球磨后混合物料为200-300目。

优选的，步骤S3所述烧结温度为1000℃，烧结时间为3h。

本发明提供一种无机非金属耐高温材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：

本发明无机非金属耐高温材料耐高温、热导率低，而且保证了高温条件下本发明材料的强度和刚度，抗冲击能力强，并且材料综合性能指标优异，工作温度高最高可达1500℃，还具有抗热震性能好，耐水性好，抗腐蚀能力强等系列优点；

本发明制备方法操作简易、对环境无污染、产率高，适合批量生产，由此方法制得的无机非金属耐高温材料，具有良好的高温机械性能和耐磨特性，在1500℃高温下仍可长期连续使用。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼30份、碳化硅30份、氮化硼30份、滑石粉70份、云母粉70份、石英粉60份、偶联剂10份、铝酸盐30份、硅酸盐30份、抗氧剂10份、复合外加剂10份。

其中偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝钛复合偶联剂、氟硅偶联剂混合而成；抗氧剂为Ta2O5、NbO2、SiO2、B4C混合而成；复合外加剂为硫酸钠、三乙醇胺、有机硅混合而成；

本实施例无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨10h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至100目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至700℃℃烧结2h，保温 1h，降至室温，即可。

其中，步骤S1球磨后混合物料为200目。

实施例2：

本实施例无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼40份、碳化硅40份、氮化硼40份、滑石粉100份、云母粉90份、石英粉80份、偶联剂20份、铝酸盐40份、硅酸盐40份、抗氧剂20份、复合外加剂20份。

其中偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为Ta2O5；复合外加剂为硫酸钠；

本实施例无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨15h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至200目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至1500℃烧结4h，保温 3h，降至室温，即可。

其中，步骤S1球磨后混合物料为300目。

实施例3：

本实施例无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼35份、碳化硅35份、氮化硼35份、滑石粉85份、云母粉80份、石英粉70份、偶联剂15份、铝酸盐35份、硅酸盐36份、抗氧剂16份、复合外加剂16份。

其中偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂、氟硅偶联剂混合而成；抗氧剂为NbO2、SiO2、B4C混合而成；复合外加剂为硫酸钠、三乙醇胺、有机硅混合而成；

本实施例无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨13h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至150目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至1100℃烧结3h，保温 2h，降至室温，即可。

其中，步骤S1球磨后混合物料为250目。

实施例4：

本实施例无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼32份、碳化硅33份、氮化硼31份、滑石粉80份、云母粉75份、石英粉65份、偶联剂13份、铝酸盐32份、硅酸盐31份、抗氧剂12份、复合外加剂13份。

其中偶联剂为硅烷偶联剂；抗氧剂为NbO2；复合外加剂为三乙醇胺；

本实施例无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨11h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至100目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至800℃烧结2.5h，保温 1.5h，降至室温，即可。

其中，步骤S1球磨后混合物料为200目。

实施例5：

本实施例无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼38份、碳化硅37份、氮化硼37份、滑石粉90份、云母粉85份、石英粉75份、偶联剂18份、铝酸盐37份、硅酸盐36份、抗氧剂18份、复合外加剂19份。

其中偶联剂为铝钛复合偶联剂；抗氧剂为SiO2；复合外加剂为有机硅；

本实施例无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨14h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至200目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至1300℃烧结3.5h，保温 2.5h，降至室温，即可。

其中，步骤S1球磨后混合物料为300目。

实施例6：

本实施例无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼36份、碳化硅39份、氮化硼32份、滑石粉90份、云母粉88份、石英粉72份、偶联剂13份、铝酸盐33份、硅酸盐37份、抗氧剂16份、复合外加剂15份。

其中偶联剂为氟硅偶联剂；抗氧剂为B4C；复合外加剂为硫酸钠、三乙醇胺、有机硅混合而成；

本实施例无机非金属耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨13h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至150目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至1000℃烧结3h，保温 3h，降至室温，即可。

其中，步骤S1球磨后混合物料为300目。

综上所述，本发明无机非金属耐高温材料耐高温、热导率低，而且保证了高温条件下本发明材料的强度和刚度，抗冲击能力强，并且材料综合性能指标优异，工作温度高最高可达1500℃，还具有抗热震性能好，耐水性好，抗腐蚀能力强等系列优点；

本发明制备方法操作简易、对环境无污染、产率高，适合批量生产，由此方法制得的无机非金属耐高温材料，具有良好的高温机械性能和耐磨特性，在1500℃高温下仍可长期连续使用。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无机非金属耐高温材料，其特征在于，所述无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼30-40份、碳化硅30-40份、氮化硼30-40份、滑石粉70-100份、云母粉70-90份、石英粉60-80份、偶联剂10-20份、铝酸盐30-40份、硅酸盐30-40份、抗氧剂10-20份、复合外加剂10-20份。

2.根据权利要求1所述的无机非金属耐高温材料，其特征在于，所述无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼32-38份、碳化硅33-37份、氮化硼31-37份、滑石粉80-90份、云母粉75-85份、石英粉65-75份、偶联剂13-18份、铝酸盐32-37份、硅酸盐31-36份、抗氧剂12-18份、复合外加剂13-19份。

3.根据权利要求1所述的无机非金属耐高温材料，其特征在于，所述无机非金属耐高温材料由以下重量份的原料制成：碳化硼35份、碳化硅35份、氮化硼35份、滑石粉85份、云母粉80份、石英粉70份、偶联剂15份、铝酸盐35份、硅酸盐36份、抗氧剂16份、复合外加剂16份。

4.根据权利要求1所述的无机非金属耐高温材料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝钛复合偶联剂、氟硅偶联剂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的无机非金属耐高温材料，其特征在于：所述抗氧剂为Ta2O5、NbO2、SiO2、B4C中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的无机非金属耐高温材料，其特征在于：所述复合外加剂为硫酸钠、三乙醇胺、有机硅中的至少一种。

7.一种如权利要求1-6任一所述的无机非金属耐高温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将碳化硼、碳化硅、氮化硼、滑石粉、云母粉、石英粉加入球磨机中，经干法混合球磨10-15h，得到混合物料；

S3、将抗氧剂和复合外加剂混合研磨至100-200目，再加入到步骤S2制得的混合物料中，混合均匀后，依次加入偶联剂、铝酸盐、硅酸盐混合， 放入高温炉中，在真空、惰性气氛中加热至700℃-1500℃烧结2-4h，保温 1-3h，降至室温，即可。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤S1所述球磨后混合物料为200-300目。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤S3所述烧结温度为1000℃，烧结时间为3h。