[发明专利]一种基于感应炉熔炼制备AlCr2C材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于AlCr₂C材料技术领域。具体涉及一种基于感应炉熔炼制备AlCr₂C材料的方法。

背景技术

AlCr₂C、Al₄C₃等碳化物是一组熔点很高的材料。很多碳化物的熔点（或升华）都很高，碳化物的抗氧化性较差，一般在红热温度即开始氧化，不过多数的抗氧化能力比高熔点的金属强，比石墨和碳好一些。大多数碳化物都有良好的导电及导热性，同时很多碳化物具有很高的硬度，因而碳化物在工业制造中有着广泛的应用。比如在含碳耐火材料的制备中用作抗氧化剂。

制造碳化物制品的原料都是人工合成的，碳化物原料的合成方法有三种：

(1) 金属与碳粉直接化合，反应温度因物而异，约在1200~2200℃；

(2) 金属与含碳气体在高温下相互作用； 

(3) 金属氧化物与碳作用，也称碳还原法，是将金属氧化物与碳的混合物在电弧炉中熔融反应合成或在真空、氢气、惰性气体或其它还原性气氛中，在低于金属氧化物熔点温度下，通过碳还原金属氧化物并与之进行固相反应合成碳化物。

常用碳化物的制备方法采用的技术方案是：先将原材料混合（干混或湿混），然后成型（机压或等静压或浇注成型），最后在高温下烧成，烧成需要还原气氛保护或氩气保护，也有的采用热压烧结的方法。

上述合成方法虽各有其优点，但存在的缺点是制备碳化物的方法比较复杂、设备投资大和费用较高。同时，由于在混合过程中不可避免的产生颗粒偏析，使得制备出的材料的显微结构不够均匀，由此影响了材料化学组成和性质的稳定性。再者，铝碳系材料如Al₄C₃虽然高温性质优异但极易水化，水化带来的体积效应导致了材料的损坏。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单的AlCr₂C材料的制备方法，所制备的AlCr₂C材料具有化学组成稳定、显微结构均匀、抗水化性能好、高温性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好的特点，适于制备高温陶瓷和耐火材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将装有铝锭的感应炉抽真空至7×10^-2Pa或7×10^-2Pa以下，再向感应炉内注入氩气至一个大气压；然后熔化感应炉内的铝锭，铝锭熔化后继续升温至800~1700℃，再加入铬粉，铬粉熔化后加入石墨粉，保温2~30分钟，最后降温至600~1000℃，浇铸冷却，制得AlCr₂C材料。

上述技术方案中：制备过程是在感应炉内的氩气气压为一个大气压条件下进行，所述氩气气压为一个大气压是通过调节感应炉内氩气的流入量和流出量实现的；铬粉和石墨粉的加入量按铝锭︰铬粉︰石墨粉的摩尔比为1︰2︰1加入。

所述铝锭的Al含量≥99wt%。

所述铬粉的粒度为5~100μm，铬粉的Cr含量≥99wt%。

所述石墨粉的粒度为5~100μm，石墨粉的C含量≥99wt%。

由于采用上述技术方案，本发明中所用原料在感应炉中的交变电磁场作用下，使原料内部产生涡流从而达到加热或着融化的效果，在这种交变磁场的搅拌作用下，感应炉中原料的成分和温度均较均匀，能充分接触并形成化学组成和显微结构均匀的AlCr₂C材料，AlCr₂C材料的生产效率也较现有的制备方法大大提高，冷却后可以得到组织和显微结构均匀及稳定的材料。

本发明相对现有的高压高温合成碳化物的方法，制备工艺简单，所制备的AlCr₂C材料具有化学组成稳定、显微结构均匀、抗水化性能好、高温性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好的特点，其中，AlCr₂C材料在70℃及湿度90%的环境下，100小时测试发现没有水化现象。适于制备高温陶瓷和耐火材料。

因此，本发明的制备工艺简单，所制备的AlCr₂C材料具有化学组成稳定、显微结构均匀、抗水化性能好、高温性能稳定、抗侵蚀性能优异和抗热震性能良好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述铝锭的Al含量≥99wt%；