[发明专利]一种高纯铝硅碳块体的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种高纯铝硅碳块体的合成方法。

背景技术

Barczak于1961年首先报道了铝硅碳(Al₄SiC₄)的存在。铝硅碳热导率大(80W·m^-1·K^-1)，高温弯曲强度比室温弯曲强度高50％，高温氧化后在表面生成致密抗高温保护膜(刚玉和莫来石)以阻止铝硅碳内部进一步的氧化，在氧化气氛中于1800℃仍可以稳定的使用，从而适合于作为高温陶瓷材料。铝硅碳电阻率随温度的升高而下降(100℃和1000℃的电阻率分别为1.14×10⁴Ω·cm和1.71×10^-1Ω·cm)，适合于制作高温发热体。且铝硅碳具有和碳化硅相近的抗酸碱腐蚀性能。

Yamaguchi等报道了铝硅碳的几种合成方法，以金属(Al+Si)和石墨为原料(Journalof the Ceramic Society of Japan，1995，103(1)：20～24)，或以碳化物(Al₄C₃+SiC)为原料(Ceramic Engineering and Science Proceedings，2005，26(3)：181～188)，在氩气或真空的气氛中，加热合成铝硅碳。

但现有的铝硅碳合成方法均以金属或碳化物为原料，原料成本高造成合成的铝硅碳价格高，无法大规模工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝硅碳块体的低成本大批量工业制备方法。

本发明所提供的铝硅碳块体的制备方法，包括下述步骤：

1)按照下述质量百分比称取原料：Al₂O₃原料45-60％、SiO₂原料10％-20％、碳原料30-40％和SiC原料1-4％，将所述原料按照从下到上的顺序组装为一层原料组：Al₂O₃原料-碳原料-SiC原料-SiO₂原料，再将所述原料组层层叠加置于电弧炉的炉膛中；

2)然后于空气氛中，在电弧炉内进行熔炼，将熔炼得到的产物冷却后，除去产物表面的杂质层，即得到铝硅碳块体；所述熔炼的温度为3000-3500℃，所述熔炼的时间为5-8小时。

其中，步骤1)中所述一层原料组的厚度可为200-300mm。

所述原料中，Al₂O₃原料的粒度可为1-50mm；SiO₂原料的粒度可为1-150mm；碳原料的粒度可为1-20mm；SiC原料的粒度可为1-5mm。

本发明中所述Al₂O₃原料可为烧结刚玉或电熔刚玉。所述Al₂O₃原料中Al₂O₃的质量百分含量≥99％。

本发明中所述SiO₂原料具体可为天然石英砂。所述SiO₂原料中SiO₂的质量百分含量≥99％。

本发明中的碳原料具体可为石油焦炭或煤焦炭。所述碳原料中固定碳的质量百分含量≥87％，挥发分的质量百分含量≤12％，灰分的质量百分含量≤1％。

本发明中所述SiC原料可为黑碳化硅或绿碳化硅。所述SiC原料中SiC的质量百分含量≥98％，Si与SiO₂的质量百分含量之和≤1％，游离碳的质量百分含量≤1％。

本发明以Al₂O₃、SiO₂、C和SiC为原料，在空气中采用电弧熔炼法合成了Al₄SiC₄含量为99％以上的铝硅碳块体。该方法简便易行、成产成本低，所得产品的产率、纯度均较高，适于规模化生产。

附图说明

图1为实施例1合成的铝硅碳块体的XRD图片。

图2为实施例1合成的铝硅碳块体的SEM照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。