[发明专利]一种耐火材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐火材料及其制备方法，特别是一种含二氧化硅的耐火材料及其制备方法。

背景技术

能够抵抗高温作用而不软化熔倒的耐火材料广泛用于冶金、石油化工、机械制造、电力、军工等国民经济的各个领域，在高温工业生产中起着不可替代的重要作用。

经常使用的耐火材料由高熔点粒状和粉状料经过各种成型工艺烧制或与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料。常见的基本材料组分包括氧化物类，如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等，和非氧化物类，如碳化硅、碳化钛、碳化钽、氮化硼、氮化硅、硼化锆、硼化钛、硼化铪、二硅化钼等，以及石墨等单相碳基材料。这些高熔点的组分往往需要高温工艺处理才能获得一定强度。典型的碳化硅耐火制品以碳化硅为原料，加粘土、氧化硅等粘结剂在1350～1400℃烧成，或在碳化硅里加硅粉在电炉中氮气氛下制成氮化硅－碳化硅制品，或利用硅-碳在1400℃以上反应制得。碳质制品根据含碳原料的成分和制品的矿物组成，控制烧结温度和气氛制得，如碳砖可用高品位的石油焦为原料，加焦油、沥青作粘合剂，在1300℃隔绝空气条件下烧成，而其石墨化则需要更高温度处理才能制得石墨类耐火材料。

利用有机聚合物和无机玻璃态材料控制、调整成型过程中的粘度、流动性、可塑性、粘结强度、凝结性、硬化性等是业界常用的方法。这些有机聚合物和玻璃态物质在后期处理过程中产生复杂多变的作用。

WO1998049693A1公开了一种陶瓷耐火组合物，该组合物包含有机硅聚合物，陶瓷填料如A1203、以及熔融温度低于陶瓷填料烧结温度的陶瓷结晶矿物质组分。该矿物质组分可选自玻璃料与熔点低于750℃的低碱玻璃的混合物。

中国专利CN1625786A采用至少一种燃烧温度在一定范围的有机聚合物、至少一种琉璃料和至少一种惰性化合物，在软化点温度或熔融温度不低于1000℃温度范围，使玻璃料流到惰性化合物和燃烧过的有机聚合物上，从而形成固态炭耐火包裹层，制得电缆线的耐火层。

综上所述，现有公开报导的耐火材料文献和产品存在制备工艺耗能大、组分复杂、内含高温作用下不稳定或易挥发、易分解成分等一系列问题，不利于制取高纯和耐高温耐火制品。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐火材料及其制备方法，以解决耐火材料制备过程中工艺复杂、耗能大的问题，制取的耐火材料耐热性好，高温下稳定，不含易挥发、易分解成分。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐火材料，其原料至少包括以下两种组分：有机硅聚合物和无机添加物。

所述有机硅聚合物为硅树脂、硅橡胶中的一种，或其两者的混合物。有机硅聚合物的主链由硅氧键结合构成，侧链可包含一种或多种取代基，如甲基、苯基、乙烯基等。本发明采用的典型原材料是聚硅氧烷和硅橡胶。

所述无机添加物为高岭土、硅粉、氮化硼、碳化硅、氧化镁、氧化锌、氧化铝的一种或几种。无机添加物还可以采用其他氧化物或非氧化物，如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。这些添加物可以是人工合成原料，也可以是天然矿物，如莫来石、高岭土、硅藻土等，形态不受限制，可以是粉体，也可以是纤维。

所述有机硅聚合物占耐火材料总质量的50％-80％，无机添加物占耐火材料总质量的20％-50％。

一种耐火材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将有机硅聚合物和无机添加物混合搅拌均匀，制备得到掺杂无机粉体的混合物基体；

步骤二：将步骤一所得混合物基体放入烘箱中，在100℃的条件下保温2-5h，中间每隔20分钟搅拌一次；

步骤三：经过步骤二处理的基体成粘稠的半固体态，将其放入模具中100℃下保温10-30h；

步骤四：将步骤三所得材料在200℃下保温5-10h，之后在300℃保温5-10h；

步骤五：将上述材料缓慢升高至800-1500℃，保温1-3h。

步骤五中，升温速率为1-10℃/min。

步骤五中，升温的加热环境为空气炉或气氛炉。

所述步骤三保温后，将所得材料在100℃下，在施加压力下成型，压力为5-10MPa。

本发明的原理：有机硅聚合物在缓慢升温过程中化学成分会发生转变，分解为稳定的无机物，掺杂的高岭土等添加物属于无机耐高温陶瓷原料，两者混合后再高温下反应后形成耐高温的无机复合材料。

本发明的有益效果：