[发明专利]低温烧成制备高性能氧化硅结合碳化硅耐火材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术，主要涉及一种低温度烧成制备高性能氧化硅 结合碳化硅耐火材料的方法

背景技术

SiO₂结合SiC耐火材料是一种以SiO₂为主要结合相、SiC为主要成分的氧 化物结合SiC材料，由于具有优异的耐热性、良好的机械力学性能和化学稳 定性，在钢铁、有色冶金、陶瓷、发电、化工等工业领域有着广泛的应用。 例如，SiO₂结合SiC材料是目前用量最多的陶瓷窑具材料之一，可用作棚板、 立柱、推板、垫烧板等；SiO₂结合SiC在垃圾燃烧炉、铝熔练炉、锌冶练炉 等工业窑炉上广泛用作炉衬材料有良好的应用效果。

SiO₂结合SiC材料的开发和应用至今已有60余年的历史，国内外对此材 料的研究、生产和应用已有较多的研究报导。这种材料的制备工艺流程包括： 配料、混练、成型、干燥、烧成5个工序，整个生产过程可描述如下：将一 定粒度组成和合适比例的工业SiC颗粒和细粉(最大颗粒度通常小于5mm、 细粉一般小于0.1mm)、SiO₂细粉、粘土(少数不加该原料)、少量添加剂、 适量结合剂混练均匀后，采用浇注、机压、捣打等成型方式制备所需形状的 坯体，坯体干燥后，置入空气气氛的窑炉中高温烧成，从而制得相应的产品。 烧成过程中，SiC颗粒和细粉将发生部分氧化从而在SiC表面生成SiO₂，氧化 生成的SiO₂与原料中加入的SiO₂或者连同材料中的粘土共同形成连接SiC粒 子的结合相。这种工艺至今仍被广泛采用。

目前，SiO₂结合SiC材料的烧成温度为1350℃～1600℃范围，多数在 1400℃～1500℃范围。为了兼顾SiO₂结合SiC材料的抗高温蠕变性、抗氧化 性、抗热震性等各种高温使用性能，材料配方组成中通常加入少量V₂O₅、MnO、 CaO等添加剂，其中采用V₂O₅添加剂最多，V₂O₅是一种对人体和环境有害的 物质，使用中需要加强保护措施。另外，为了改善坯料的成型性能、降低烧 结温度，材料组成中常加入少量粘土，粘土的加入会降低材料的高温性能。

文章“薄型碳化硅棚板的制造及应有效果”(江苏陶瓷，1994，(1)：32-33) 提供了SiO₂结合SiC薄型棚板的制造方法。材料组成中加入2～4％(重量) 活性SiO₂、0.2～0.5％Si粉、0.15～0.4％复合改性添加剂(未具体指明何种成分)， 最高烧成温度超过1350℃。材料中SiC含量为90.3％、SiO₂为8.6％、Fe₂O₃为0.67％、Al₂O₃为0.30％，体积密度2.59g/cm³，显气孔率14.8％，常温抗折 强度32.3MPa，高温抗折强度25.7MPa。材料在1350～1390℃还原焰梭式窑、 1200～1350℃隧道窑中使用效果良好。该方法与本发明相比，材料的烧成温 度高出至少100℃，而物理性能明显偏低，材料组成中添加有不确定组成的复 合改性添加剂，是否存在有害的V₂O₅文中未明确说明。

文章“Si在硅线石结合碳化硅窑具材料中的行为”(山东陶瓷，1996，19 (3)：8-12)提供了一种硅铝酸盐氧化物结合SiC窑具材料的制造方法。基本 原料为：SiC颗粒和细粉(粒度≤3mm)、硅线石粉(粒度≤0.1mm)、Si粉。 原料经混合、成型、干燥后，1450℃、10小时烧成。材料的体积密度为2.46～ 2.57g/cm³显气孔率16.5～21％，常温抗折强度小于22.3MPa，该方法制备的 氧化物结合SiC材料物理性能指标明显比本发明材料低，烧成温度却比本发 明高至少200℃。