[发明专利]一种ZrN-SiAlON-SiC-C复相耐火材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种ZrN‑SiAlON‑SiC‑C耐火材料的制备方法，属于耐火材料领域。本发明以铝矾土和锆英石为原料，制备ZrN‑SiAlON耐火粉体，再以蔗糖溶液为结合剂，结合120目SiC和325目SiC，物料成型，经1500℃热处理制备ZrN‑SiAlON‑SiC‑C耐火材料。当ZrN‑SiAlON耐火粉体、120目SiC和325目SiC质量比为2：4：4，耐火材料的抗折强度为3.53MPa，显气孔率为41.10％，体积密度为1.76g/cm³。当质量比为3：3.5：3.5，耐火材料的抗折强度为4.32MPa，显气孔率为45.79％，体积密度为1.57g/cm³。当质量比为4：2：2，耐火材料的抗折强度为4.39MPa，显气孔率为53.23％，体积密度为1.36g/cm³。当质量比为4：2：2，耐火材料的抗折强度为4.25MPa，显气孔率为50.61％，体积密度为1.41g/cm³。本发明所涉及的制备工艺将会是制备高性能ZrN‑SiAlON‑SiC‑C耐火材料制品的一条有效的高技术低成本化途径。

技术领域：

本发明涉及一种ZrN-SiAlON-SiC-C复相耐火材料的制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术：

在耐火材料整个材料体系中，除了氧化物类耐火材料外，含碳耐火材料是随着钢铁冶炼技术进步发展起来的高性能非氧化物耐火材料，是耐火材料分类中的重要组成部分，其良好的抗渣侵蚀性和热震稳定性可以大幅度地提高冶金炉龄、增加钢的产量和降低耐火材料单耗，经济效益和社会效益显著。开发新型低碳非氧化物复相耐火材料已成为世界同行公认的重要发展方向。非氧化物复相耐火材料所用原料为Si系和Al系的氮化物或碳化物，研究表明非氧化物耐火材料具有对高温熔渣和金属熔体的抗渗透性和抗侵蚀较好、线膨胀系数低、导热性和抗热震稳定性好的优点。其研究体系从Si₃N₄-SiC、SiAlON-SiC发展到SiAlON/Si₃N₄-Al₂O₃/Spinel和SiAlON/Si₃N₄-Al₂O₃/Spinel-SiC以及含AlN、AlON、MgAlON、TiNC等体系及相应的复相材料，它主要被用在炼铁高炉本体、出铁场和铁水储运罐、洁净钢冶炼钢包、连铸等部位，为冶金工业的安全生产和技术进步发挥着重要作用。

但高原料价格和二次烧成高能耗成本制约着非氧化物复相耐高温材料的广泛应用。近年来，以铝硅系矿物及一些富含Al₂O₃组分和MgO组分的工业固废为原料，通过碳热还原氮化等制备工艺获得低成本氮化物复合耐火粉体原料的研究已成热点。在硅酸盐矿物转型制备氧化物-非氧化物复相耐火材料粉体方面有较多的实验研究工作报道，尤其在含有SiO₂和Al₂O₃组分的铝硅酸盐矿物经碳热还原氮化工艺制备SiAlON或SiAlON复相材料的研究方面已经取得较多的研究成果。然而，具有更优异性能的含ZrO₂、ZrN、ZrC等复相耐高温材料其价格昂贵，只被应用于极端高温苛刻使用条件如航天航空、高温工业关键部件等。在耐火材料中仅仅在滑板孔和定径水口等部位部分采用ZrO₂材料，有关ZrN、ZrC等在高性能耐火材料中应用尚未发现较多的报道，主要是价格高和制备困难的原因难以被推广应用。

另外，ZrN、SiAlON等非氧化物物相需要在很高温度和保护气氛条件下才能制备得到相应的耐高温制品，难以在通常耐火材料工业高温烧结条件下(一般不超过1780℃)烧结成具有高强度的块体耐火材料。因此，采用传统耐火材料的超高温烧结的工艺难以利用ZrN、SiAlON复相非氧化物耐火原料制备高性能耐高温材料制品，也必将导致高能耗和高成本。