[发明专利]一种制备蔗糖-酚醛树脂结合SiC-Si3N4-C复相耐火材料的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种制备蔗糖-酚醛树脂结合SiC-Si₃N₄-C复相耐火材料的方法，属于耐火材料技术领域。

背景技术：

含碳耐火材料是耐火材料体系中的重要部分，它是适应钢铁冶金新技术新工艺发展起来的高性能耐火材料，具有热导率高、热膨胀低、抗热震稳定性及抗渣侵蚀性能好等优异的性能，能够大幅度地提高耐火材料的使用寿命、提高钢的质量和降低冶金耐火材料的单耗，产生了显著的经济效益和社会效益。其体系主要包括Si₃N₄-SiC-C、Sialon-SiC-C、MgO-C、Al₂O₃-MgO-C等含碳耐火材料。其中，结合剂是含碳氧化物-非氧化物耐火材料生产的核心问题，是提供含碳氧化物-非氧化物耐火材料常温和中高温强度的重要保障。结合剂质量的好坏，在很大程度上影响着这些高性能耐火材料的生产和质量。它对坯料的混炼、成型性能，以及制品的显微结构都会产生非常大的影响。

现阶段含碳耐火材料的结合剂主要是以沥青和酚醛树脂为主。过去生产碳结合的耐火材料最常用的结合剂是煤焦油沥青。煤焦油沥青的主要的致命缺点就是含有致癌的芳香烃，尤其是苯并芘。研究表明，煤焦油沥青含(10000～13000)×10^-6苯并芘，对身体健康和环境带来了较大的危害，其使用已经受到了很大的限制。而石油沥青使用时需要加热成型，虽然它的苯并芘含量只有焦油沥青的1/15，但是它的残碳率比较低。近年来，酚醛树脂由于其粘结性好，残碳率高，在常温下能混合成型，与石墨有良好的润湿性，成型的坯体强度较高，被广泛使用作为高性能含碳耐火材料的结合剂。然而酚醛树脂是由苯酚和甲醛反应制得，在作为含碳耐火材料结合剂使用的时候，在研发、生产和使用的过程中都会放出一定量的甲醛和酚类化合物等有害气体，其中，酚醛树脂中含有游离酚5～6％，游离醛1.2～1.5％。长期接触这些有害气体会使人诱发鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮肤和消化道等一系列癌症。因此，我们急需要寻找新型环保结合剂来替代酚醛树脂和煤焦油沥青。鉴于酚醛树脂和煤焦油沥青对人体健康和环境带来的严重危害，本发明人提出以蔗糖作为结合剂制备含碳耐火材料。该含碳耐火材料具有原料来源广、生产成本低、绿色环保、性能好、制备工艺操作简单的特点，能够产生显著的经济与环境效益。

发明内容：

本发明的目的是针对含碳耐火材料用酚醛树脂和煤焦油沥青作为结合剂存在环境污染和损害人体健康的突出问题，提出一种新型环保的糖类作为含碳耐火材料的结合剂。

本发明的技术方案如下：选取不同粒径的SiC和Si₃N₄作为骨料。将适量蔗糖倒入酒精中，并用玻璃棒搅拌至无明显颗粒，然后将上述透明液体倒入适量的酚醛树脂液中，用玻璃棒搅拌至成为均一不分层的乳浊液，以作混合结合剂使用；为保证混料均匀，采用水泥搅拌机混料，先将粗颗粒和中细颗粒的SiC和Si₃N₄倒入搅拌池内，开动搅拌机，至不同粒径的SiC和Si₃N₄混合均匀；将配制好的结合剂溶液倒入混合均匀的颗粒物料内，再次开动搅拌机搅拌0.5h至结合剂完全包裹住颗粒；此时再倒入各种细粉，并搅拌0.5h至细粉与颗粒料、结合剂混合均匀。将搅拌混合均匀的物料倒入托盘内，置于室温下自然干燥6h，然后放入烘箱内65℃烘干1h。物料成型，将成型的试样在氮气保护氛围下，分别在1000℃、1100℃、1200℃条件下进行高温热处理1h，即可得到SiC-Si₃N₄-C复相耐火材料。

所述的不同粒径的SiC，粒径范围包括0-0.044mm，0.1-0.5mm，0.5-1mm，纯度95％-97％。

所述的不同粒径的Si₃N₄，粒径范围包括0-0.068mm，0.1-0.5mm，0.5-1mm，纯度90％-95％。

所述的蔗糖为分析纯。

本发明的有益效果是，所制备出的耐火材料具有低成本、高性能、低污染等优点。

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1为蔗糖添加量和热处理温度对抗折强度的影响(蔗糖在结合剂的质量分数，wt％)。

图2为蔗糖添加量和热处理温对抗压强度的影响(蔗糖在结合剂的质量分数，wt％)。

图3为蔗糖添加量和热处理温体积密度的影响(蔗糖在结合剂的质量分数，wt％)。