[发明专利]一种ZrB2-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种ZrB₂‑SiC/MgO‑C低碳复合耐火材料的制备方法，步骤如下：将镁砂骨料干混8‑10min，加入质量分数为2%酚醛树脂，混合10‑12min后，加入石墨混合8‑10min，最后加入镁砂细粉、铝粉、ZrB₂‑SiC复合粉以及酚醛树脂，混合10‑15min，采用油压机在135‑145MPa下压制成尺寸为20mm×20mm×135mm的坯体，95‑105℃干燥7‑9h，于185‑195℃固化13‑15h后，最后在1250‑1350℃热处理3.5‑4.5h，冷却即得。该方法简便、易操作，成功制备了ZrB₂‑SiC/MgO‑C低碳复合耐火材料，性能优良，可大规模制备。

技术领域

本发明涉及一种ZrB₂-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料的制备方法。

背景技术

MgO-C耐火材料是钢铁冶炼中常用的一种碳复合耐火材料，其中石墨（C）因具有优异的抗热震和抗侵蚀性能而成为其重要组分之一。然而，大量石墨的加入不仅会导致钢铁冶炼过程中高的热损耗，还会使钢液增碳。降低碳复合耐火材料中的碳含量可以降低耐火材料对钢液的污染，但同时也导致了耐火材料抗热震性能和抗渣渗透性能的下降，进而缩短了其使用寿命。因此，寻找一种抗热震和抗侵蚀性能与石墨的相当，而抗氧化性能优于石墨的替代材料是制备性能优异的碳复合耐火材料的关键。

ZrB₂具有与石墨类似的物理化学性能，其熔点高（3040℃），热膨胀系数低，导热、导电性能以及热稳定性优异。研究表明：ZrB₂与金属熔体不润湿（与铁液、铜液、铝液的润湿角分别为105°，132°，103°），具有优异的抗熔融金属和渣液侵蚀的能力；与TiB₂、TiN、BN、Si₃N₄和MoSi₂等相比，ZrB₂的综合抗侵蚀性能最好。因此，ＺZrB₂有望成为石墨的理想替代材料。然而，ZrB₂在耐火材料中应用时存在着两个问题：一是ZrB₂价格昂贵；二是ZrB₂在1100℃以上的氧化气氛中使用时，由于生成的氧化产物B₂O₃易挥发，使得其抗氧化能力急剧恶化，限制了其在高温氧化环境中的使用。SiC的引入可以显著改善ZrB₂的高温（高于1300℃）抗氧化性能，这是因为在1100℃以上时，SiC会与氧反应形成富SiO₂的玻璃相，阻止氧向ZrB₂内部扩散，从而提高其抗氧化性能。研究发现，含体积分数20%SiC的ZrB₂-SiC复合材料具有优良的高温力学、高温抗氧化、抗热震和抗侵蚀等性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZrB₂-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料的制备方法。

本发明通过下面技术方案实现：

一种ZrB₂-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料的制备方法，包括如下步骤：将60-70份镁砂骨料干混8-10min，加入20-30份质量分数为2%酚醛树脂，混合10-12min后，加入5-10份石墨混合8-10min，最后加入25-35份镁砂细粉、7-9份铝粉、4-6份ZrB₂-SiC复合粉以及15-25份酚醛树脂，混合10-15min，采用油压机在135-145MPa下压制成尺寸为20mm×20mm×135mm的坯体，95-105℃干燥7-9h，于185-195℃固化13-15h后，最后在1250-1350℃热处理3.5-4.5h，冷却即得；各原料均为重量份。

优选地，所述的制备方法中，采用油压机在140MPa下压制成尺寸为20mm×20mm×135mm的坯体。

优选地，所述的制备方法中，100℃干燥8h。