[发明专利]一种原位生成片状赛隆增强铝碳耐火材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于片状赛隆增强铝碳耐火材料技术领域。具体涉及一种原位生成片状赛隆增强铝碳耐火材料及其制备方法。

背景技术

冶金连铸工艺是液态钢直接浇铸成各种钢坯的过程，其中，耐火材料起着输送钢液、防止钢液氧化及湍流、防止杂质进入等作用，是连铸工艺的关键性结构部件。耐火材料在这个过程中，需经受急剧的温度变化和冲击，且需经受钢渣的侵蚀。其中Al₂O₃-C质耐火材料含高导热率的石墨相，表现出良好的抗渣侵蚀、抗热震性优良等性能，广泛应用于连铸三大件中。目前，连铸工艺要求高的安全性和低的耐火材料消耗，Al₂O₃-C质耐火材料也相应的向着长寿命化和低碳化的方向发展。

为实现Al₂O₃-C质耐火材料的上述要求，需进一步强化材料的基质结构，从而提高连铸用Al₂O₃-C质耐火材料的性能。其中β-赛隆(β-Sialon)因具有良好的抗氧化、结合强度及高温稳定性，可显著提高Al₂O₃-C质耐火材料的性能。目前β-Sialon的引入方式以添加预合成的为主，如“一种连铸用耐火材料及其用途”（ZL200410053219.4）专利技术，该技术加入碳化硅、单质硅、碳化硼、以及预合成的β-赛隆，解决了现有连铸作业容易产生氧化铝堵塞、钢水侵蚀和抗热震性能差的缺陷。“低碳Al₂O₃-矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法”（ZL200510017455.5）专利技术，该技术以刚玉、活性氧化铝、石墨或炭黑、抗氧化剂为原料以树脂为结合剂，添加预合成矾土基β-Sialon，得到含碳量低的滑板，其抗氧化性和抗热震性优异，热态抗折强度高。“加入β-SiAlON对铝碳质材料性能的影响”（岳昌盛等.耐火材料,2006,40(6):440-442）用矾土基β-SiAlON取代铝碳质材料中的石墨，经等静压成型后，并在埋炭条件热处理，β-SiAlON加入量为7%时试样表现较好的抗氧化性和高温抗折强度。“A1-Si复合Al₂O₃-β-SiAlON-C材料加热过程中性能、相组成和显微结构的变化”（陈方等.耐火材料,2009,43(3):187-191）提到以电熔白刚玉、熔融石英、鳞片石墨、Al粉和Si粉为主要原料，以热固性酚醛树脂为结合剂，加入预合成的矾土基β-SiAlON后材料的力学和热学性能提高。以上都是通过预合成β-Sialon来改善Al₂O₃-C质耐火材料的性能，但预合成存在的主要问题是成本高和分散性较差。

相对于预合成方法，通过材料在热处理过程中原位生成β-Sialon可克服上述问题，实现均匀分散和低成本。如“一种在铝碳耐火材料内合成贝塔赛隆的方法”（ZL200710160210.7）专利技术，该技术公开了一种含有硝酸镍的铝碳耐火材料，在不低于1450℃下进行埋碳烧成后，可在铝碳耐火材料内原位生长出β-Sialon相，其形貌呈柱状。在文献“原位生成O'-SiAlON晶须增强铝碳耐火材料”（李喜宝等.耐火材料,2006,40(6):415-418）中提到，在基质中添加O'-SiAlON前驱体混合粉，热处理后发现试样原位生成了针状和絮状的O'-SiAlON晶须，这些晶须交织于试样的骨料与基质之间，能显著增强试样的强度。上述研究表明β-Sialon在Al₂O₃-C质耐火材料可原位生成，其形貌主要呈柱状及晶须状。

以上研究是通过预合成β-Sialon或原位生成的一维β-Sialon，以改善Al₂O₃-C质耐火材料的性能，但未涉及原位生成的二维片状β-Sialon。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低的原位生成片状赛隆增强铝碳耐火材料的制备方法，用该方法制备的原位生成片状赛隆增强铝碳耐火材料具有良好的热震稳定性、优异的抗断裂韧性、高的常温力学性能、低的耐火材料消耗量和长的服役寿命。